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车载LAN用共模滤波器ACT1210系列

2018-07-12 14:12:52

图片关键词汽车内部处在一个十分严酷的噪音环境中,而共模滤波器则在其中被用作车载LAN的EMC对策。
为满足市场对于节省ECU电路基板空间的要求,TDK将封装面积进行了大幅削减,开发出了小型、高特性的车载LAN用共模滤波器ACT1210系列。


图1 代表性的车载LAN结构

图1 代表性的车载LAN结构

为防止电子设备出现故障的EMC对策元件

ECU可大致分为车身系统、安全系统、动力传动系统、多媒体及信息通信系统,从传感器及执行元件等得到的信息通过网关,并使用这些ECU进行共享,从而维持安全、舒适、节能的行驶。初期的汽车电子控制是1对1连接的个别控制,因此随着高功能化的发展,连接的线束增加,从而对轻量化形成了阻碍。而解决了这个问题的便是以CAN为代表的车载LAN。通过实现电子设备间连接的网络化,满足高功能化的同时,削减线束量成为了可能。

图2 电磁干扰问题与电磁抗扰性问题

图2 电磁干扰问题与电磁抗扰性问题

EMC对策同时满足了EMI(发生噪音对策)与EMS(侵入噪音对策)。

汽车是各类噪音的发生源,例如火花塞会产生辐射噪音,电动机及交流发电机会产生电涌噪音等。为防止电子设备错误工作,需要抑制辐射噪音的EMI对策(电磁干扰对策)以及提高侵入噪音耐性的EMS对策(电磁抗扰性对策)。而EMC对策便考虑了同时兼顾两者。

连接ECU的电缆会起到辐射噪音或拾取噪音的天线的作用。汽车用EMC对策元件种类繁多,采用了差动传输方式的CAN(高速)及FlexRay车载LAN中,防止此类噪音导致电子设备错误工作的最为实际有效的对策是就在车载LAN的各节点中安装共模滤波器。

TDK的车载LAN用共模滤波器拥有在环形磁芯上进行绕线的类型以及在鼓形磁芯上进行绕线后安装板形磁芯的类型。相比环形磁芯,鼓形磁芯虽拥有小型的特点,但随着汽车电子控制的高功能化,1个基板上将搭载多个共模滤波器,因此需要更为小型化的产品。而ACT1210系列便是为了满足这样的市场需求而开发的产品。

通过独特的结构与新铁氧体材料实现小型化

TDK的新产品ACT1210系列相比4532形状(4.5×3.2mm)的以往产品ACT45B系列削减了约44%的封装面积以及约50%的容积,是一款3225形状(3.2×2.5mm)的共模滤波器。但如果单纯地追求形状的小型化则会使共模滤波器的特性降低。因此,TDK为了兼顾小型化与高特性,无论是结构方面还是材料方面均投入了全新的技术(图3)。

图3 小型化的同时实现低磁阻化的TDK解决方案

图3 小型化的同时实现低磁阻化的TDK解决方案

首先,为了实现低磁阻化,采用了与以往产品不同的独特结构。磁阻与电路中的电阻相对应,表示在磁路中磁通通过的困难程度。磁阻与线圈卷数的平方成正比,与电感成反比。也就是说,电感越大,则磁阻越低。但鼓形磁芯型的共模滤波器中,若只是普通的小型化,则鼓形磁芯与板形磁芯的接触面积将会变得狭窄,从而导致电感降低,造成磁阻变高。

因此,TDK为了增大鼓形磁芯与板形磁芯之间的接触面积,将注意点放在了连接接合部的位置上。连接接合部在以往产品中位于板形磁芯与鼓形磁芯之间,但若将其移动到鼓形磁芯下部,则能扩大接触面积,从而可兼顾小型化与低磁阻化。同时,磁阻与铁氧体的磁芯材料导磁率成反比。也就是说,导磁率越高,磁阻就越低。TDK通过先进的材料技术,开发了提高导磁率的新铁氧体材料,在斟酌结构方面的同时实现了低磁阻化。

总结

ACT1210系列的辐射噪音试验(CISPR25 Class5)数据如图4所示。通过安装ACT系列,辐射噪音被抑制在了限值(QP)以下。图5是在与车载电子设备连接的线束上产生强大的电磁噪音时,对其耐性进行评估的BCI试验数据。在这个试验中也显示了十分稳定的特性。

图4 ACT1210系列的辐射噪音(电磁干扰)试验

图4 ACT1210系列的辐射噪音(电磁干扰)试验

图5 BCI试验(电磁抗扰性)中ACT12110系列的效果

图5 BCI试验(电磁抗扰性)中ACT12110系列的效果

随着远程信息处理的发展,今后使用了无线通信技术的车载连接将得到进一步的扩大,EMC对策将变得愈发重要。同时,在严酷条件下使用的车载电子元件则要求比普通电子设备拥有更为优异的耐振动性、耐冲击性及耐热性等。TDK的车载LAN用共模滤波器ACT1210系列通过引进了先进的自动绕线系统,兼顾了高稳定性与高可靠性的特点。

主要特点、用途、规格、电气特性

主要特点

  • 通过采用独特的磁芯结构与新开发的铁氧体材料,以及高精度自动绕线系统等,实现了小型化与低磁阻化(高共模电感化)

  • 以宽使用温度范围(-55~+150°C)应对发动机舱的严酷环境

  • 通过采用了高耐热线束,拥有优异耐热性及高精度的自动绕线系统实现了高稳定性与高可靠性

主要用途

  • CAN、FlexRay等车载LAN系统用共模滤波器

主要电气特性

产品名称共模阻抗
at 10MHz[Ω]min.
共模电感
at 100kHz[μH]+50/30%
直流电阻
[Ω]max.
额定电流
DC[A]max.
ACT1210-110300110.40.30
ACT1210-220500220.50.25
ACT1210-5101000510.70.20
ACT1210-10122001001.50.15