一起来围观！这些正在被汽车电气化重塑的车载元器件
在过去几年间，全球电动汽车（EV）一直保持着强劲增长。根据Energy Innovation的预测，到2050年，全球轻型汽车销售量中电动汽车的占比将达到65%至75%，并在未来出行中确立主导地位。
不过，如果你认为今天发生在汽车领域的改变仅仅是“用电池代替油箱”，那就过于简单了，与之伴生的实际上是一场以电动化、网联化、智能化、共享化（所谓“新四化”）为目标的全方位变革，涉及能源、安全、舒适性、智能化等诸多方面，很多变革都是颠覆性的。
汽车电气化新生态
这种变革也正在重塑整个汽车产业生态，这当然也包括作为汽车电子基础的电子元器件。具体来讲，汽车电气化对于电子元器件的重塑作用，体现在以下六个方面。
更大的电能需求
汽车电子化有两个明显的特征：一是车辆的主动力由内燃机转换为储存在高压电池中的电能；二是车载的电子设备越来越多，这就使得整车对于总电能的需求大大增加。
有分析显示，与内燃机汽车相比，电动汽车需要100kW以上的电源，与前者相比提高了20倍！
这种变化意味着汽车电气化所需的元器件也会向着更高的功率、更高的耐压等趋势发展，以适应耗电量更大的电动汽车的需求。
更高的效率
与更大电能需求相伴生的，是对于更高效率的追求。在高开关频率下实现更高效的电源转换，尽可能减少电能损耗，这不仅有利于实现更高的续航能力，也有助于降低器件和系统的热应力，提升可靠性并延长使用寿命。因此，在效率方面表现出众的元器件，肯定会更受电动汽车的青睐。
更智能的控制
为了实现更高的续航能力，为用户提供与内燃机汽车相似的驾乘体验，电动汽车除了在电池技术上持续创新，以及追求更高效电源管理效率外，智能化的控制也是必不可少的环节之一。其中具有代表性的就是BMS电池管理系统，它可以及时精确地监测电池电压、温度、健康状态等参数，并反馈给主控单元，以形成优化控制策略，挖掘动力电池的“潜能”，延长其使用寿命。在BMS系统的构建中，无疑需要诸多新型电子元器件的赋能。
更大的EMC设计挑战
汽车电气化也会带来新的EMC电磁兼容设计挑战。比如采用开关频率更高的功率半导体器件，其高电压和高电流产生的干扰也会更多、更强。因此，车用电子元器件必须满足严苛的EMS（电磁抗扰度）和EMI（电磁干扰）测试要求，以确保整个系统符合相关的EMC设计规范。
更高的安全性
由于采用了高压电池，因此电动汽车的设计需要有更多安全性方面的考量。比如在高压和低压域之间要提供可靠的隔离，以避免人员或电路受到安全威胁。针对电子元器件，爬电距离也是一个关乎安全的关键参数，足够的爬电距离可有效防止器件间或器件和地之间打火，避免威胁到人身安全，而在满足UL、CSA和VDE等爬电距离安全标准要求的同时，如何能够实现元器件的小型化设计，也是一个十分考验元器件厂商的课题。
更综合的可靠性
汽车应用环境的特殊性，决定了其对电子元器件的可靠性也会有更全面的要求。因此，稳定的电气性能、稳固的机械结构、全天候的环境耐受能力，这些也都是汽车电气化时代电子车用元器件身上必须具备的特质。
电子元器件的重塑之路
综上所述，汽车的电气化就像是开启了一个全新的生态系统，而电子元器件想要在这个新的生态环境中落地、生根和发展，就必须进行适应性的优化。
这种优化通常可以从两个维度展开：
第一：围绕行业需求的变化，打造符合车规标准的产品，并藉此逐渐形成一套严格的汽车级元器件产品的质量体系。同时，在此基础上扩展自己的汽车级产品组合，满足多样化的应用需求。
第二：通过新产品、新工艺，持续提升汽车级产品的性能和竞争力，不断满足更高的设计要求。
在沿着这样的技术路径打造汽车电气化所需的元器件方面，Bourns是一个很好的范例。凭借其在设计、制造和供应高可靠性车规元器件方面的丰富经验，Bourns可以为电动汽车的设计开发提供非常全面的元器件解决方案。
图1：Bourns的汽车级元器件解决方案（图源：Bourns）
以磁性元器件为例，Bourns可以提供丰富的车规级磁性元器件产品，包括高爬电距离和电气间隙隔离变压器、BMS信号变压器、Chip LAN变压器、功率电感、大电流共模扼流圈等。这些产品都是在IATF 16949和ISO 14000认证的工厂中生产，并通过了AEC-Q200标准测试，可满足当今和未来汽车电气化发展的要求。
与此同时，Bourns也在通过设计、工艺、材料等方面的持续创新，不断强化汽车电子化所需的性能优势，这些性能优势包括：
小型化：在确保性能的同时，“压缩”元器件尺寸，以适应空间受限的汽车应用设计要求。
低EMI噪声：在降低EMI噪声的同时保持高效率，典型的例子就是Bourns的功率电感器。
热管理：提供更佳的温度稳定性，同时通过提升效率减小热应力的影响，以利于整个系统的热管理优化。
高稳健性和可靠性：有助于更大限度地延长产品寿命，为整车可靠长效运行提供保障。
高效率：借助采用先进的材料和结构，如先进的金属合金粉芯、模压工艺技术、扁平绕组、自引线端子等，实现超低DC电阻，进而提供更高的效率。
值得一提的是，上述这些产品的优化举措，也已经沉淀为Bourns的技术“基因”，在越来越多汽车级产品的“重塑”中发挥着决定性作用。
Bourns车规级元器件
下面我们就从几款Bourns的车规级元器件身上，体验一下汽车电气化趋势下，电子元器件将被重塑成什么样子。
1. SRP2512TMA屏蔽型功率电感器
功率电感是指可以通过大电流的电感，在大功率开关电源设计中有广泛应用。Bourns针对汽车电气化的需求，开发出了一系列符合AEC-Q200车规标准的功率电感产品，SRP2512TMA屏蔽型功率电感器就是其中的代表作。
顾名思义，SRP2512TMA采用了磁屏蔽结构，因此可以实现低辐射，从而有效应对EMI挑战。其次，与使用传统绕线构造的相似尺寸的其他电感器相比，Bourns的这种新型电感器采用了扁平导线结构，有助于降低DCR电阻，实现更高的效率。再有，该电感器采用金属合金粉末磁芯，可实现大饱和电流，这一特性在大电流、高功率应用中非常关键。此外，SRP2512TMA功率电感器采用高温分级材料制成，具有更出色的温度稳定性，支持高达150°C的工作温度，可以满足汽车复杂应用环境的要求。
总之，SRP2512TMA屏蔽型功率电感器具有低辐射、高饱和电流、高温升以及低DC电阻等特性，可以很好地满足汽车电气化中EMI滤波、DC-DC转换器和电源应用所需的高性能、高可靠性设计要求。
图2：SRP2512TMA屏蔽型功率电感器（图源：Bourns）
2. HCTSM8系列电源变压器
在汽车电气化的架构中，很多地方都需要用到隔离式DC-DC转换器，它既能实现高效的电压转换，也能够通过电气隔离降低触电风险，避免由于不同电位电平而导致的接地环路，并防止从输入到输出的电压瞬变。
在隔离式DC-DC转换器设计中，推挽式是一种常见的拓扑结构。与其他类型的DC-DC转换器相比，推挽式转换器可提供更稳定的输入电流，更少的输入线路噪声，以及在高功率应用中更高的效率，因此在汽车电气化中扮演着重要的的角色。
Bourns的HCTSM8系列电源变压器就是专为车规级推挽式DC-DC转换器而打造的解决方案。该系列变压器符合AEC-Q200标准，采用铁氧体环形磁芯，提供高耦合系数和高效率；可承受高达7.5kV的电压；隔离工作电压高达800VAC；提供更高的匝数比；具有出色的热降额性能——这些特性与竞品相比均有显著的优势。
图3：HCTSM8系列电源变压器（图源：Bourns）
特别值得一提的是，HCTSM8系列电源变压器采用了创新的爬电距离路径设计，为电流传输提供了细长的曲折路径，因此在紧凑的封装尺寸中巧妙地增加了电流路径的长度，获得了8mm的爬电距离。
图4：HCTSM8系列变压器创新的爬电距离路径设计（图源：Bourns）
加强的隔离设计、更长的爬电距离，以及紧凑的封装外形，HCTSM8系列电源变压器的这些优势特性为高效且安全的DC-DC转换器设计带来的好处显而易见，而且其价值已经在Texas Instruments等芯片厂商的参考设计中得到验证。
3. BMS信号变压器
SM91501AL和SM91502AL
上文提到过，汽车电气化设计想要延长锂离子电池的使用寿命，确保用户安全操作，基于BMS的智能控制是关键的一环。而想要安全可靠地采集和传输动力电池组的状态信息，隔离高压BMS通信必不可少。
Bourns推出的SM91501AL和SM91502AL BMS信号变压器为BMS应用中的隔离通信提供了理想的保护解决方案。SM91501AL和SM91502AL BMS变压器支持串行菊花链/IsoSPI，工作电压分别为1,600V和1,000V。它们在-40℃至+125℃工作温度范围内具有150μH和450μH的电感值，支持4,300VDC耐压隔离电压。此外，该系列变压器绕组使用通过介电强度（Hi-POT）测试的全绝缘线，进一步增强了过电压瞬变的电气绝缘保护能力，可满足更高电压的BMS设计要求。
图5：SM91501AL和SM91502AL BMS信号传感器（图源：Bourns）
4. AEC-Q200过温保护小型断路器
锂离子电池凭借其综合优势，应用版图极为广阔，但在实际应用中锂离子电池的安全性一直是个无法回避的挑战。Bourns的小型断路器作为一种可复位的热切断（TCO）元件，通过结合PTC和双金属开关两种电路保护技术，可提供准确、可重复、更可靠的过流和过热保护，是确保锂离子安全工作的理想解决方案。
图6：小型断路器工作原理（图源：Bourns）
针对汽车电气化领域的锂离子电池保护，Bourns新近推出了通过AEC-Q200测试的AD系列（轴向引线/焊接）和SD系列（表面贴装型）过温保护小型断路器，它们具备55°C至150°C的宽跳闸温度范围±5°C的高跳闸精度、高达4mΩ的极低阻值，支持高达10,000次循环使用次数，并可提供非自动复位（自保持）或自动复位（非自保持）功能选项，十分适合作为汽车动力电池系统中的可复位过温保护器或传感器。
图7：AD和SD系列小型断路器（图源：Bourns）
这些新产品也是Bourns将在微型过温保护领域超过30年的经验向汽车电气化领域延伸的一次积极探索，使得开发者不必再使用体积庞大的解决方案或仅能单次使用的熔断保险丝，从而灵活地扩展过温保护的应用场景，为汽车电气化的安全性提供更全面的保障。
本文小结
对于汽车行业来讲，汽车电气化是一场“百年未有之大变局”。在这个过程中，游戏规则被重新定义，因此参与游戏的“玩家”——比如电子元器件——也需要进化出诸多新特性，以便与这场大变革“深度融合”，在新市场中开辟出新的发展空间。
汽车电气化对于电子元器件的重塑正在发生，并将继续成为未来电动汽车发展中的一个主旋律。
