יישור מבחר קבלים לדרישות הרכב האחרונות

Share on facebook
Share on twitter
Share on linkedin
Share on telegram
Share on whatsapp
Share on email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות


קבלים הם אלמנטים פסיביים נפוצים בכל המכשירים האלקטרוניים, כולל כלי רכב. השימוש בקבלים בכלי רכב צפוי לעלות בשנים הקרובות ככל שרכבים חשמליים (EV) צוברים פופולריות. חשוב לבחור קבלים בחוכמה על מנת להילחם בבעיות נפוצות המתרחשות במעגלי רכב

מערכות הרכב היום הפכו מתקדמות מאוד. מכוניות חכמות, מכוניות לנהיגה עצמית, רכבים חשמליים וכו' זוכות לפופולריות במהירות לא רק בקרב העשירים אלא גם בקרב החברה ממעמד הביניים. הודות לפריחה העצומה של חדשנות בתחום זה, יש צורך ברכיבים אלקטרוניים טובים ועמידים יותר, פסיביים ואקטיביים כאחד.

קבל-על של סוללות EVקבלים נמצאים בשימוש נרחב בתעשיית הרכב. למעשה, הם חיוניים לתפקוד של רכב. הם מספקים יציבות ומשמשים בניהול הזרם במעגלים של הרכב. הם משמשים גם כדי להבטיח שהעיצוב נקי מהפרעות. קבלים ממלאים תפקיד מרכזי במערכות בלימה, מגבי חלונות, יישור מושבים, בקרי כריות אוויר ויישומים חשובים רבים אחרים בתוך הרכב.

קבלים ברכבי EV

מונע מחששות לגבי מחירי הדלק, יוזמות ממשלתיות סביבתיות והשקעות ציבוריות ופרטיות בקנה מידה גדול בתשתית הטעינה התומכת, מגזר הרכב החשמלי (EV) עובר תקופה של צמיחה משמעותית. במהלך העשור הבא, שוק הרכב אמור לעבור מלהיות נשלט על ידי רכבי מנוע בעירה פנימית (ICE) לכזה שבו רכבי EV מהווים את רוב מכירות הרכב החדש.

רכבי ICE הסתמכו על ארכיטקטורות של 12V ו-24V, כאשר היברידיות מבוססות לרוב על מערכות 48V. עם זאת, לרכבי רכב חשמליים יש מערכות הנעה הממוקמות במתחים גבוהים בהרבה. יתרה מכך, על מנת להאיץ את זמני הטעינה ולהגדיל את יעילות ההמרה, המתחים נדחפים עוד יותר. לדגמי ה-EV החדשים שרק מתחילים להופיע בשוק יש דירוגים של 800V!

איור 1: סדק מאמץ טיפוסי (קרדיט: Murata Manufacturing)
איור 1: סדק מאמץ טיפוסי (קרדיט: Murata Manufacturing)

לראשונה, המכירות השנתיות של EV ברחבי העולם עלו על 6 מיליון יחידות בשנת 2021. תחזיות של סוכנות האנרגיה הבינלאומית (IEA) מצביעות על כך שזו רק ההתחלה. היא צופה שהמכירות יגיעו ל-15 מיליון עד 2025 ול-25 מיליון עד 2030. מערכות ההנעה של רכבי החשמל צריכים לתמוך ברמות מתח גבוהות יותר בהשוואה למקביליהם ל-ICE, ולכך יהיו השלכות גדולות בכל הנוגע לציון רכיבים פסיביים מרכיבים.

איור 2: סדק MLCC עקב רטט (קרדיט: AIRI Tech)
איור 2: סדק MLCC עקב רטט (קרדיט: AIRI Tech)

אפילו עבור מערכות היברידיות 48V, המנועים ימוקמו על מערכת ההנעה עצמה. עם זאת, זה אומר שהאלקטרוניקה הנלווית תהיה חשופה לרעידות חזקות יותר ולרכיבה תרמית. לגורמים כמו רעידות, זעזועים ומתח יש השפעות ברורות על הרכיבים הפסיביים הקיימים במערכת. לכן, מהנדסי רכב חייבים לבחון את ההשפעות שיהיו לכך על אמינות הרכיבים.

איור 3: בסיס גבוה יותר עם מסופי דמה (קרדיט: Kemet Engineering Center)
איור 3: בסיס גבוה יותר עם מסופי דמה (קרדיט: Kemet Engineering Center)

ESR: פרמטר חשוב

פרמטר ביצועים מרכזי עבור כל קבל DC-Link יהיה ערך התנגדות הסדרה המקבילה שלו (ESR). ככל שה-ESR של קבל נמוך יותר, כך גדלה יכולתו להחליק הפרעות מתח בתדר גבוה העוברות דרך מערכת ההינע. אם ערכי ה-ESR שמציגים קבלים אלה בתוך המעגל החשמלי עולים עקב צורה כלשהי של נזק, כל פעולת מערכת ההנעה עלולה להיות בסכנה.

שיקול חשוב למהנדסבעת בחירת קבלים התואמים לגורמים אלו, יצרני הרכב חייבים לשמור על הוצאות חומרי גלם נמוכות ככל האפשר, כך שהקבלים הנבחרים חייבים להיות חסכוניים. יש, אם כן, פשרה מתמדת בין יעילות לעלות, ומהנדסים צריכים לשמור על שני הצדדים של המשוואה כדי שהרכב יהיה אופטימלי.

השפעת רעידות הרכב ולחץ

לאימוץ רמות מתח גבוהות ברכבי רכב חשמליים ולמיקום המנועים הרחק מההגנה על תא המנוע בכמה מערכות היברידיות יהיו השלכות על קבלי ה-DC-Link המשולבים ב-EV ובמערכות הנעה היברידיות. ממוקמים בין הסוללה למהפך המתיחה, רכיבים פסיביים אלה משמשים כדי להחליק את המתח ולמנוע קוצים חולפים לא רצויים. אם הם רוצים להיות יעילים, דרושה רמה גבוהה של חוסן. זה יאפשר להם להתמודד עם סביבת האפליקציות המאתגרת שמייצגת פריסת רכב.

קבלים קרמיים סטנדרטיים רב-שכבתיים (MLCC) אינם מתאימים היטב לשימוש ברכב, מכיוון שהם אינם מסוגלים להתמודד עם הלחצים המכניים החריפים הכרוכים בכך. אם ה-PCB שעליו הם מורכבים מתגמשת, עקב רטט או מחזוריות תרמית, חיבורי ההלחמה יופעלו תחת עומס ניכר. זה יכול להוביל להופעת סדקים בתוך המצע הקרמי. סדקים אלו עלולים לגרום לחדירת לחות אשר, בתורו, תשפיע על ביצועי הקבלים. אם רכיבים אלה ממוקמים קרוב לקצה ה-PCB, סביר להניח שהלחצים שהם נתונים להם יהיו גדולים עוד יותר.

מאבק בבעיות הקשורות לרטט

הרעידות הנראות במכונית יכולות להגיע ממגוון מקורות ולהיות במגוון רחב של תדרים שונים. אף על פי שבעיות אלו מהותיות בתכנון רכב, ניתן למתן אותן במספר דרכים כדלקמן:

ציין קבלים פולימריים במקום MLCCs

שלא כמו קבלים רגילים שהאלקטרוליט שלהם הוא למעשה נוזל – תמיסה מוליכה – לקבלים פולימריים יש אלקטרוליט מוצק המורכב מפולימרים מוליכים. לכן הם קומפקטיים יותר ואין סיכוי לדליפה או להתייבשות הקבל. רכיבים אלו יהיו בעלי ערכי ESR נמוכים יותר מאשר MLCCs, עם ביצועים טובים יותר במגוון רחב של תנאי הפעלה. עם זאת, ישנן עלויות מוגברת.

איור 4: קבל שבב פולימר מוליך TCQ לרכב (קרדיט: AVX)
איור 4: קבל שבב פולימר מוליך TCQ לרכב (קרדיט: AVX)

דוגמה מצוינת לקטגוריה זו תהיה קבל האלומיניום הפולימרי המוצק של Kemet. הפולימר המוצק הוא שהופך את הקבלים הללו לעמידים בפני רעידות. בסדרת ה-A768 של קבלים מפולימרים מוצקים, נעשו כמה שינויים בעיצוב כדי להגביר את סבילות הרטט שלהם עוד יותר. הם סופקו עם בסיס גבוה יותר לתמיכה פיזית טובה יותר. מה שמעניין בקבלים הללו הוא שיש להם טרמינלים נוספים שאינם מספקים מוליכות חשמלית אך למעשה משמשים כדי לתת לקבל חיבור יציב ל-PCB.

איור 5: קבל היברידי של Panasonic EEH-ZK (קרדיט: Panasonic)
איור 5: קבל היברידי של Panasonic EEH-ZK (קרדיט: Panasonic)

ל- Kyocera AVX שתי סדרות מיוחדות של קבלים פולימריים לרכב: סדרת TCQ וסדרת TCO. TCQ משמש עבור תנאי טמפרטורה סטנדרטיים בעוד TCO משמש עבור יישומים הדורשים טמפרטורות גבוהות יותר. שני אלה עומדים בכל הדרישות של 'AEC-Q200 בדיקת מאמץ לרכיבים פסיביים' והם אמינים עבור מגוון רחב של טמפרטורות. הם חזקים ומספקים ביצועים יציבים עם ESR נמוך.

שימוש בקבלים היברידיים

אלה כוללים אנודה בעלת מבנה פולימר נוזלי ומוליך, לצד קתודה עשויה אלומיניום. שטח הפנים הגדול של הנוזל מאפשר השגת ערכי קיבול גבוהים בגורם צורה קומפקטי. כמו האפשרות הקודמת, זה מגיע עם עלויות נוספות.

סדרת הקבלים ההיברידית EEH-ZS מבית Panasonic מכוונת במיוחד ליישומי רכב ובעלי תכונות עמידות בפני רעידות. לאלה יש מסופי צד עזר המשפרים את התנגדות הרטט שלהם. זו הסיבה שקבלים אלה יכולים לעמוד בפני זעזועים עם האצת רטט של עד 30G. יתר על כן, הדקים הצדדיים מקלים על ההלחמה. בזמן השימוש בקבלים אלה, מעצבים עשויים לבחור שלא לפרוס טכניקות אנטי-רטט חיצוניות. אלה גם תואמים ל-RoHS/REACH ומתאימים לדרישות שנקבעו על ידי AEC-Q200.

שימוש ב-MLCC חסיני רעידות

ב-MLCCs, ניתן לבצע שיפורים מסוימים בשיטות שבאמצעותן גוף הקבל והסיומים שלו מחוברים זה לזה, כך שכוחות הרטט שנחווים בולמים. בדרך זו ניתן למנוע עלויות נוספות של שימוש בקבלים פולימריים או היברידיים. זה מאפשר השגת חוסן מכאני גדול יותר, תוך כדי הנאה מיתרונות העלות של MLCCs.

איור 6: בניית FT-CAP MLCC (קרדיט: Kemet)
איור 6: בניית FT-CAP MLCC (קרדיט: Kemet)

כדי לתת מענה לצורך בקבלים המסוגלים לעמוד בפני כוחות רטט, פיתחה קמט את סדרת ה-FT-CAP שלה. ל-MLCCs אלו הסדר סיום חדשני שעוזר להוריד את המתח המופק מה-PCB כאשר הוא מתגמש. שכבת אפוקסי כסף מוליכה כלולה במבנה הסיום (הממוקמת בין שכבות מתכת הבסיס ושכבות מחסום ניקל). זה מאפשר לשמור על חוזק מסוף אך מספק את הריפוד הנחוץ כדי למנוע את הופעת הסדקים. כך מובטח המשך הביצועים של הקבל.

Kyocera AVX מתמודדת גם עם בעיות הרטט שתוארו בעבר באמצעות מוצרי Flexiterm Low ESR MLCC שלה. לאלה יש גם סיומים גמישים המותאמים אליהם עבור גמישות נוספת. כאן משלימים גומי נחושת מצופים ניקל על ידי שכבה קניינית הסופגת מתחים מכניים תקפים. היצרן הצליח לעשות זאת בהצלחה מבלי שהייתה גידול משמעותי בעלויות הכרוכות בכך. הם תומכים בטווח טמפרטורות תפעולי של -55°C עד +125°C וניתן לטפל בהם בנוחות בכיפוף של 5 מ"מ (לעומת 2 מ"מ ש-MLCC מדורגים להם בדרך כלל).

יישור בחירת קבלים עם הביקוש האוטומטי העדכני ביותר

השוואה בין הקבלים שהוזכרו לעיל ניתנת בטבלה.

ישנן סדרות קבלים רבות שפותחו על ידי יצרנים אחרים כדי להילחם בבעיות ספציפיות, לא רק ברטט. הם ממנפים התקדמות הנדסית המספקת רמות משופרות של קשיחות. לדוגמה, לסדרת PCZ שהוצגה על ידי Nichicon Corp יש מידה רבה של עמידות בחום.

איור 7: השכבה הנוספת של Flexiterm MLCC (קרדיט: AVX)
איור 7: השכבה הנוספת של Flexiterm MLCC (קרדיט: AVX)

תעשיית הרכב מציבה דרישות מחמירות למכשיר האלקטרוני…



קישור לכתבת המקור – 2022-07-09 12:55:50

Share on facebook
Facebook
Share on twitter
Twitter
Share on linkedin
LinkedIn
Share on telegram
Telegram
Share on whatsapp
WhatsApp
Share on email
Email
פרסומת
X-ray_Promo1

עוד מתחומי האתר