隨著汽車朝向電氣化和智能化快速演進，汽車電子產品在整車中的“地位”也在不斷提升。根據中商產業研究院的分析數據，2020年汽車電子的整車成本占比為34.32%，到2030年將有望達到49.55%。

以車載收音機為代表，初代的汽車電子產品，其定位僅是為用戶提供一些比較“邊緣”化的功能體驗；如今，汽車電子在推動汽車發展的過程中，則處在“核心”位置。有研究表明，當今70%以上的汽車創新都源自于汽車電子。從汽車行業市場營銷的話術中，我們也能體會到，傳統汽車技術平臺中發動機、變速箱等這些“老明星”，正在讓位于電機、電池、電控、自動駕駛、車聯網等汽車電子驅動下的“新勢力”。

不難發現，在這種趨勢下，推動汽車發展的底層技術也在發生變化——電子元器件在整車技術生態中的影響力在不斷提升，即使是電子系統中那些“不起眼”的無源元件，也會在攻克汽車電子設計難題時，扮演至關重要的角色。

本文中，我們就將以TDK的幾款車規級元件為例，與大家一起探究，這些“小元件”如何通過創新的設計和出眾的性能，應對汽車電子設計中的“大挑戰”。

挑戰一：提升電源效率

汽車電氣化的轉型以及電子設備的增加，勢必要求以更大的功率提供充足的電力。而想要實現在更高負載下以更高的效率提供更穩定的電能，汽車電源系統從12V向48V升級，是一個重要的趨勢。

與傳統的12V系統相比，48V系統一方面有利于承載更高的功率，另一方面由于電流消耗更低，可以使用更細更輕的線纜，從而有利于減輕供電線纜的重量，提升整車能源利用的效率和續航里程。

不過，考慮到很多車載電子設備依然采用12V電壓供電，因此在構建48V系統時仍需要考慮到對12V應用的支持。這時，如果不想再為此配置一塊12V的電池，那就需要在設計時采用混合DC/DC轉換器，以48V電池作為主電源，同時降低電壓為12V設備供電。由于只需使用單一電池電源，因此混合DC/DC轉換器提供了一種高效率、省空間的解決方案。

不過，混合DC/DC轉換器仍面臨著一些設計挑戰：首先，雖然無需12V電池，但系統電路的復雜性隨之增加，這會帶來額外的成本；其次，電壓轉換后輸出電壓的紋波會降低電源效率；再有，車載應用有限的空間還會對系統設計的小型化提出更高的要求。想要有效應對這些挑戰，就需要從基礎元器件優化設計上做文章。

為了滿足汽車48V電源系統中高效率、小型化混合DC/DC轉換器的設計要求，EPCOS / TDK推出了ERUC23系列耦合電感器，其將兩個繞組集成到一個組件中，即兩個線圈共用一個磁芯，具有電感耦合的優勢，同時令外形更為緊湊——與單個電感器相比，ERUC23系列耦合電感器的封裝空間減小了近78%。

ERUC23系列還采用了低損耗鐵氧體磁芯材料、優化的耦合線圈結構、扁線繞組和自引線設計，這確保了其高飽和電流高效率和高可靠性。同時，ERUC23系列還具有低直流電阻，通過電感的耦合特性實現了更低的紋波電流，進一步提升了效率表現。

總之，ERUC23系列耦合電感器通過創新的設計，在更小的封裝中減少了紋波和磁芯損耗，助力整體系統效率的提升，進而有助于消除熱損耗及其導致的元器件老化，延長使用壽命。ERUC23系列符合AEC-Q200車規，有-40°C至+150°C極寬的工作溫度范圍，無疑是混合DC/DC轉換及其他汽車電壓轉換拓撲的理想選擇。

挑戰二：提高可靠性

汽車電子產品的應用環境特殊，因此需要更高的可靠性，確保其長期穩定地工作。這樣的設計要求傳遞到元件上，使得不少在其他行業中如魚得水的產品，未必能夠在汽車電子應用中游刃有余。因此，針對汽車應用進行元器件的改良和優化，勢在必行。

以在電源系統中廣泛應用的鋁電解電容器為例，其根據電解質的種類，通常被分為“液態”和“固態”兩種類型。其中，液態鋁電解電容器具有容量大、耐壓高、漏電流低的優勢；但受液態電解質特性的影響，其高溫壽命較短，且由于需要采用特殊的密封罐型封裝，元件體積也較大。

為了克服液態鋁電解電容器的性能“短板”，人們設計出了采用導電聚合物作為電解質的固態鋁電解質電容器，其可以實現低ESR、穩定的溫度特性、更高的安全性以及更長壽命，在高可靠性上無疑更勝一籌；不過，這種全固態的結構也決定了其在電容量、耐壓、漏電流等性能上無法達與液態電容器比肩。

當我們聚焦到汽車電子應用中，會發現傳統的液態和固態兩種鋁電解電容雖各有千秋，但都不是我們想要的兼具高性能和高可靠性的理想解決方案。這時，一種能夠結合液態和固態兩種電容器優點的混合聚合物鋁電解電容器就應運而生了。

所謂“混合”就是指這種電容器在電解質中融合了導電聚合物和電解液，這使其一方面可以通過電解液修復鋁氧化膜的作用，改善耐壓低、漏電流相對較高的問題；另一方面也同樣具備與固態電容器相似的低ESR的特點，可以支持較高的紋波電流，并具有很長的高溫壽命。而上述這些高耐壓、低漏電流、低ESR、高可靠、長壽命等優點，正是汽車電子應用所需要的。

表1：混合、固態、液態鋁電解電容器的性能比較

TDK為適應汽車電子高可靠性的設計要求，開發出了豐富的混合聚合物鋁電解電容器產品組合，包括軸向和貼片兩種封裝類型，它們具有56μF至2200μF的電容值，在工作溫度范圍內都具有大紋波電流和低ESR，以及長使用壽命的特性，且符合AEC-Q200車規標準。

其中，軸向型產品（如B40600、B40700、B40640和B40740等系列）采用軸向引線型設計或軸向焊接星型設計，它們均為緊貼散熱器做出了內部機械結構的優化，故可實現與散熱器之間長期可靠的連接，從而保證良好的散熱。這些混合電容器提供高至80V的耐壓，工作溫度范圍從-55°C到150°C，在125°C下額定使用壽命為4,000小時，在20°C環境溫度下的ESR值僅為3.5mΩ。

貼片型的產品系列外形更為緊湊，有25V，35V和63V耐壓可選，工作溫度高達125°C，使用壽命至少為4,000小時。其ESR≤20mΩ，在125°C和100kHz條件下具有4.6A的大紋波電流能力。

憑借上述這些特性，TDK的混合聚合物鋁電解電容器可適用于廣泛的汽車功率電子領域，比如48V車載電源的雙向變換器、混合傳動系統中的電機逆變器、電動動力轉向系統，以及開關電源上的輸出濾波，成為這些高性能、高可靠性設計的不二之選。

挑戰三：EMI降噪

當越來越多的電子設備被部署到空間有限的汽車中，抑制EMI噪聲干擾也成為了一大挑戰。這時，就需要用到EMI抑制電容器，也就是所謂的安規電容。

EMI抑制電容器主要有兩個作用：一是消除電源線路中的噪聲，對共模、差模干擾起濾波作用；二是滿足安全規范要求，即使在電容器失效后，也不會導致電擊、燃燒等危害，不危及人身安全。

具體到汽車電子應用中，其對EMI抑制電容器的選型有著更高的標準：

首先，電容器在關鍵性能上要達到相應的安規標準要求，如額定電壓和峰值脈沖電壓等。

其次，也是特別重要的一點，電容器必須有更強的惡劣環境的耐受能力，以滿足汽車應用環境的要求。為此，想要“上車”的電容器需要經過嚴苛的可靠性測試，比如根據IEC 60384-14.4標準的高溫高濕偏置（THB）試驗。

此外，由于要在有限的電路板空間內支持更高的功率要求，還需要EMI抑制電容器在外形上更為緊湊。

綜合上述的設計要求，在眾多電容器類型中，金屬化聚丙烯薄膜（MKP）電容器無疑是更為理想的選擇——其在不同溫度、頻率，以及長時間范圍內，具有非常穩定的性能；特別是其金屬化的電極具有自愈功能，在有小的損壞時，能夠自動修復，使用壽命可達10萬小時以上。因此如今在新能源汽車上，金屬化聚丙烯薄膜電容器的應用場景越來越多。

EPCOS/TDK的B3292xM3/N3系列X2 EMI抑制電容器，就是為滿足這樣的市場需求而打造的產品。其電容值為0.1μF至4.7μF，額定交流電壓為305V，工作溫度低于85℃時，連續直流電壓可達630V，由于采用了具有自愈性的金屬化聚丙烯膜（MKP），可確保長期可靠性。

相比于前代產品，B3292xM3/N3系列體積減小了20%，在空間受限的車載應用中也能游刃有余。

該EMI抑制電容器通過了嚴格的THB實驗——在+85°C溫度、85%相對濕度和額定交流電壓下分別進行了為期1000小時（引線間距≥22.5mm）或500小時（引線間距為15mm）的運行試驗，可確保滿足Grade III Test B標準。

B3292xM3/N3系列滿足AEC-Q200的要求，其更緊湊的尺寸與增強的耐用性，非常適合于各類多空間狹小和高濕度環境的汽車應用。

本文小結

展望汽車行業的未來，暢想智慧出行的種種奇妙體驗，是一件令人興奮的事情。不過每一位汽車電子的開發者都深知，通往這個美好新世界的道路，并非坦途，其中有很多技術障礙需要去克服。

應對這些挑戰，需要通過優化和創新，夯實每一塊技術基石，也包括電容器、電感器這些“微小”的元件。哪些TDK的“小元件”，可以為你的汽車電子設計帶來“大驚喜”？隨我們來仔細探究吧——