如何利用高可靠性的电感器确保汽车安全

在汽车行业，电子系统已深度融入汽车的各个环节，成为保障汽车安全运行的核心要素。从发动机的精准控制到刹车系统的高效响应，从信息娱乐系统的稳定运行到高级驾驶辅助系统(ADAS)的智能决策，电子系统的可靠性直接关系到汽车的安全性与整体性能。而在这些复杂的电子系统中，电感器作为一种关键的基础元件，扮演着不可或缺的角色。其性能的优劣，尤其是可靠性的高低，对汽车的安全行驶有着深远影响。

在汽车的众多电子系统中，ADAS 和自动驾驶系统(ADS)堪称最为关键且复杂的部分，对汽车安全起着决定性作用。这些系统由多个先进的传感器、高性能处理器以及复杂的算法协同工作，实时感知车辆周围环境，并做出精准决策。在 ADAS/ADS 中，处理器承担着数据处理与决策的重任，它们需要稳定且可靠的电源供应。这些处理器通常在低电压环境下运行，一般电源轨电压约为 1 伏，但其所需电流却可达十几安。如此高的电流需求，对电源管理集成电路(PMIC)提出了严苛挑战。功率电感器与 PMIC 协同工作，作为降压转换器的关键组成部分，在功率转换过程中发挥着核心作用。

降压转换器工作时，通过与输入电压源串联的开关以及由功率电感器和输出电容构成的低通滤波器，将较高的输入电压转换为较低的输出电压。在开关开启的 TON 期间，输入电压驱动输出并向功率电感器充电，电感器电流线性上升至峰值 Ipeak;当开关关闭的 TOFF 期间，电感器储存的能量继续通过换向二极管向负载供电，电感电流逐渐下降，形成三角形纹波电流。纹波电流的大小与功率电感器的电感量紧密相关，合适的电感值能确保纹波电流维持在合理水平，一般设置为产生达到 20 - 30% 额定输出电流的纹波电流。当负载突然增加，输出电压会瞬间下降，此时功率电感器需应对异常大的峰值电流，为输出电容快速充电，以维持电压稳定。在此过程中，功率电感器的电感值对转换器的瞬态响应影响重大，小电感值可加快恢复时间，大电感值则会延长恢复时间。因此，在汽车应用中，功率电感器的性能直接关系到 ADAS/ADS 系统能否稳定、可靠地运行，进而影响汽车的行驶安全。

汽车车灯作为保障夜间及恶劣天气条件下行车安全的重要部件，其性能同样依赖于高质量的电感器。随着 LED 照明技术的广泛应用以及汽车用户对车灯安全性能要求的不断提高，现代汽车车灯不仅具备基本照明功能，还拥有自动开启、高度和亮度自动调节、随动转向及远近光自动切换等多种智能功能。这些功能的实现，离不开复杂的电子电路，而电感器则是其中的关键元件。汽车车灯的电子电路属于大功率设计，工作环境极为复杂。电感器在该环境中需面临诸多挑战，首先要具备耐大电流能力，在高瞬态峰值电流情况下，必须保持足够的电感值，以确保电路正常工作，同时还需长时间承受持续大电流输出，且保证电感表面温升不超出规定值，防止因温度过高影响电感寿命甚至导致车灯故障。其次，由于汽车车灯方案设计的工作频率相对较高，电感器需采用低损耗磁芯材质，以有效降低高频磁芯损耗，减少车灯发热量，实现节能环保并提升输出效率。再者，汽车运行环境复杂多变，包括恶劣气候、高低温差、高振动等，这就要求电感器具备高可靠性，能在各种极端环境下保持良好的电气性能，同时采用磁屏蔽结构设计，有效降低电磁干扰，确保车灯系统稳定运行。

为满足汽车行业对高可靠性电感器的严格要求，众多电子元件制造商不断创新研发，推出了一系列专为汽车应用设计的高性能电感器产品。以 TDK 的 CLT32 系列功率电感器为例，该系列产品专为 ADAS/ADS 应用量身打造，具有诸多卓越特性。其采用磁性成型材料，确保了软饱和特性，有效降低了因磁饱和导致的电感变化，即饱和漂移。整个电感器围绕一体式厚铜线圈形成，采用一体化端子结构，避免了内部连接可能导致的不可靠操作，且厚实的铜线圈使串联电阻低至 0.39 毫欧，极大地减少了功率损失，降低了负载下的发热量。线圈采用新开发的铁磁性塑料化合物包覆，形成线圈的核心和外壳，该芯材在高温和高频应用中具有优良的电气特征，磁芯损耗极低。此外，该系列电感器体积小巧，采用 3.2×2.5×2.5 毫米的扁平封装，具有高体积效率，可在不增大电路板尺寸的前提下使用多个电感器。其额定工作温度范围为 -40℃至 +165℃，远超 AEC - Q200 最高测试温度 125℃的要求，能够适应汽车各种极端工作环境。在纹波电流功率损失方面，CLT32 电感器相较于薄膜或金属复合电感器技术具有明显优势，更低的交流纹波损失意味着可容忍更高的纹波电流，允许 DC/DC 转换器中电容值更低，从而提高了整体效率。

科达嘉针对汽车车灯应用需求，自主研发设计了多个系列的车规级一体成型电感，如 VSHB、VSHB - T、VSAB、VSEB - H 系列等。这些电感采用低损耗的合金粉末压铸成型，在同尺寸情况下具有功耗最小、直流阻抗最低的特点，合金粉芯的高 Bm 值使其具备更优秀的直流偏置能力。产品采用全磁屏蔽结构，抗电磁干扰能力强，线圈和磁芯紧密结合，有效避免了噪音产生，且能耐受高强度机械冲击和振动。其中，VSHB - T 系列采用冷热压两次成型工艺以及 T - Core 磁芯结构设计，进一步降低了磁芯损耗，减少了短路风险，创新的 T - core 磁芯结构保证了电感电气性能的可靠性及一致性。该系列产品工作温度范围可达 -55℃至 +165℃，达到 AEC - Q200 Grade 0 最高耐温等级，非常适用于对温度要求严苛的汽车应用场景，如发动机舱、车灯系统等。

在汽车电子系统中，高可靠性的电感器在确保汽车安全方面发挥着不可替代的作用。从 ADAS/ADS 系统的稳定供电到汽车车灯的可靠运行，电感器的性能直接关系到汽车关键功能的实现与安全性能的保障。随着汽车行业向智能化、电动化方向不断发展，对电感器等电子元件的性能和可靠性要求将愈发严格。电子元件制造商需持续投入研发，不断创新，推出更多高性能、高可靠性的电感器产品，以满足汽车行业日益增长的需求，为汽车安全行驶提供坚实的技术支撑。