下一代汽车开发的挑战与解决方案

汽车环境对电子元件提出了独特的挑战。与许多计算应用不同，汽车会遇到极端条件，例如极低和极高的温度、极端湿度、污染、振动和冲击。除了这些严苛的条件，汽车中的电子元件还需具备非常长、稳定和可靠的使用寿命，并且在出现故障时必须安全失效。   车辆内部的不同电子子系统为所用元件提出了不同的挑战和要求。控制和安全系统（如防抱死制动、后视摄像头和自适应前灯）要求元件具有超长的使用寿命和高可靠性。动力传动系统（包括产生动力并将其传输到路面的组件）要求元件能够承受高温和严苛条件。车载电子系统（包括导航、先进诊断和娱乐）要求使用小型、高速的组件。   在 ADAS 和自动驾驶应用中，ADAS 域控制器和域网关也是关键的应用领域。域控制器内的以太网变压器和域控制器内的 CAN 共模扼流圈等组件需要满足 AEC-Q200 要求，抑制共模噪声而不削弱信号，并提供满足小型化和可靠性需求的解决方案。新型汽车级高分子电容可以为汽车设计师提供潜在解决方案，满足电路板空间节省、高体积效率/小型化和可靠性的要求。   钽聚合物电容器由钽（Ta）阳极、钽氧化物（Ta₂O₅）介电材料及固体聚合物电解质构成。这种构造方法提供了多种优势，包括高温额定值以及在温度、电压和时间方面的稳定性。这些特性使钽聚合物电容器能够满足并超越 AEC-Q200 汽车标准的要求。   以汽车 DC/DC 转换器应用为例，由于汽车电子通常由电池供电，DC/DC 转换器对于汽车应用来说至关重要。它们将电池电压（通常为 +12V DC）降至更适合电子设备的电压轨，例如 +5V、+3.3V、+1.8V 或更低的电压。电压转换通常分阶段进行，例如从 12V 转换为 5V，然后再从 5V 转换为 3.3V。DC/DC 转换器为这些电压轨提供电压，而电容则辅助这些转换器正常操作并提供稳定、干净的电力。   在 DC/DC 转换器电路中，输入和输出端都需要电容器。输入电容器确保转换器开关期间瞬时电流可用。输出电容器确保在转换器开关期间瞬时电流可供给负载（DSP、微处理器、I/O、USB 等）。在汽车应用中，这些电容器不仅必须设计以满足电路的电容需求，还需选择符合 AEC-Q200 标准，且能够承受更高标准的高温和恶劣条件。

钽聚合物超级电容器的研究、开发和创新

在汽车解决方案方面，YAGEO/KEMET致力于钽聚合物超级电容器的研究、开发和创新，在介电研究、浸渍研究、聚合物配方、聚合物合成和聚合物涂层研究方面取得了众多成果和专利。YAGEO/KEMET的电容器制造工艺符合钽粉/线材加工标准，拥有完全整合的钽供应链，是唯一的纵向整合、多样化、无冲突的钽供应商，其稳定的运营配置支持不断增长的产品需求。YAGEO/KEMET提供许多汽车级高可靠性产品，满足汽车应用需求，占据全球产量的44%，在汽车、航空航天和国防解决方案中处于领先地位。   KEMET推出的钽聚合物电容器（KO-CAP®系列）是具有导电聚合物阴极的固体电解电容器，具有低等效串联电阻（ESR）和在高频下改良的电容保持能力，最大限度地减少了功率损耗和不需要的噪音。KO-CAP系列将多层陶瓷的低ESR、铝电解电容的高电容和钽的体积效率结合在一个表面贴装封装中。与基于液体电解质的电容器不同，KO-CAP具有极长的使用寿命，高纹波电流能力，并能承受汽车应用中遇到的高温。例如，T599钽聚合物电容器在高达150°C的温度下保持出色的特性，提供超长的预期使用寿命。   AEC-Q200标准是用于汽车电路被动电子元件的全球认证标准。它涉及一系列严格的应力测试，通过这些测试可以为组件授予“认证”状态。KEMET的T59x系列钽聚合物电容器轻松满足并超越了这些要求。   AEC-Q200标准要求被动元件在额定应力水平下进行1000小时的运行寿命测试。KEMET的T599系列电容器额定在150°C下运行2000小时。在适当的电压和温度降额情况下，T599系列可以支持高温任务配置文件长达8000小时，甚至在适当条件下支持130,000小时（15年）的超长任务配置文件。聚合物电容器的使用寿命和失效率方程可以用于验证其在这些任务配置文件中的性能。

用于高强度和超长任务配置的钽聚合物电容器

KEMET T599 钽聚合物电容系列在 100 kHz 下提供额定值，具有非常低的最大串联电阻，范围从 25 mΩ 到 150 mΩ，在 -55°C 到 150°C 的温度范围内稳定，适合高强度和超长任务配置文件的超长预期寿命。   聚合物 T599 电容器提供延长寿命的汽车解决方案。KO-CAP® 固态钽聚合物电容为高温、关键可靠性要求和汽车环境所需的长使用寿命提供无与伦比的解决方案。具体而言，T599 钽聚合物电容器在 150°C 下表现出色，其预期使用寿命在特定条件下可延至 130,000 小时。该系列提供 33 至 150 µF 的电容范围和 4 至 35 VDC 的电压额定值，使其非常适合用于 DC/DC 转换器电路和其他汽车应用设计。

满足多样化汽车应用需求的钽聚合物电容器

在汽车应用中，钽聚合物电容器可用于传感系统，如雷达/激光雷达传感（例如，手动检测，HOD）、车辆连接和智能驾驶舱应用，可采用T597/T598（125°C）系列。T598（125°C）系列适用于自动驾驶/识别应用，T599（150°C）系列用于动力总成，而T598（125°C）和T599（150°C）系列用于底盘和安全领域。   此外，KEMET的KO-CAP®聚合物SMD系列包括为汽车和恶劣环境设计的众多产品，如高湿度、高温聚合物电解电容器的T591/T597/T598/T599系列。这些电容器在恶劣环境条件下提供更高的电容和ESR稳定性。通过设计改进和材料升级选择，这些电容器在85°C/85% RH额定电压下提供500小时（T591）或1,000小时（T598, T599）的使用寿命，完全符合AEC-Q200认证测试，并具有分别为125°C和150°C的最大工作温度。这些电容器在ISO TS 16949认证工厂制造，并接受生产件批准程序（PPAP）/零件提交保证（PSW）和变更控制。   KEMET的KO-CAP®聚合物SMD系列具有超低ESR，完全符合AEC-Q200认证测试计划（T597 FD 125°C，T598 125°C，T599 150°C），为T598/T599（VR < 16 V）提供长达2,000小时的125°C延长耐久性测试认证， 为国防和航空航天部门提供专用的H/T端接和浪涌电流测试选项（T598），符合或超过EIA标准535BAAC，按EIA 481标准提供编带和卷盘包装，并符合无卤素环氧树脂RoHS标准。   KO-CAP®聚合物SMD系列的典型应用包括用于各种市场领域的去耦和滤波，尤其适用于汽车信息娱乐、ADAS、底盘和安全系统以及必须在高湿度和高温等恶劣条件下运行的动力总成应用。 以T598为例，它采用较小的组件和紧凑的模块设计。其坚固且稳定的Ta₂O₅介电层降低了应用中的功能风险。它是一种低损耗组件（单位数ESR，高纹波电流能力，随着频率扩展电容保持），提供高效的DC/DC转换和较低的热阻，并且在时间和温度上保持稳定的电气特性，支持超过15年的任务轮廓，表现稳定。

结论

随着下一代车辆向电气化、智能化和高性能方向发展，车载电子系统对电源稳定性、耐久性和小型化提出了越来越严格的要求，这给电气架构设计带来了多重挑战。钽聚合物电容器凭借其低ESR、优秀的纹波电流能力、长期可靠性和紧凑尺寸，可以有效提高功率转换效率，减少功耗和热损失，并在恶劣环境中确保系统稳定运行。未来，随着智能驾驶和新能源汽车的持续推进，YAGEO/KEMET推出的钽聚合物电容器将在车辆电源模块、控制单元和高级驾驶辅助系统中发挥更为关键的作用，成为支持下一代汽车创新的关键组件解决方案。