Répondre à l'évolution des exigences de conception automobile grâce à des composants avancés
Avec la contribution de Rédacteurs nord-américains de DigiKey
2025-06-10
Les applications automobiles sont confrontées à un ensemble complexe d'exigences, s'étendant des besoins fondamentaux de hautes performances, fiabilité et sécurité des sous-systèmes électroniques à la demande croissante d'options de connectivité diversifiées. Les environnements automobiles difficiles, la nécessité de disposer de sous-systèmes plus compacts et l'évolution vers des véhicules électriques (VE) et hybrides haute tension sont autant de défis à relever pour répondre à ces exigences.
Les développeurs ont besoin d'une large gamme de condensateurs, de dispositifs de protection de circuits et d'antennes radiofréquences (RF) capables de respecter ou de dépasser les normes AEC-Q200 tout en répondant aux défis liés aux performances, à la fiabilité, à la sécurité et à la connectivité dans les conceptions automobiles. Pour surmonter ces défis, les concepteurs de systèmes automobiles peuvent se tourner vers une entreprise spécialisée en dispositifs de protection des circuits, en antennes RF conformes et en condensateurs qualifiés AEC-Q200 (Automotive Electronic Council Qualifications 200). Cette approche leur permettra de gagner du temps et d'augmenter les chances de réussite de leur conception.
Cet article fournit un bref aperçu des tendances et des défis de conception clés dans les applications automobiles émergentes. Il présente ensuite des solutions de Kyocera AVX et montre comment elles peuvent contribuer à relever ces défis.
Comment les tendances automobiles redéfinissent les exigences de conception
La demande croissante de fonctionnalités et de capacités supplémentaires a considérablement augmenté la quantité de contenu électronique dans les véhicules automobiles. Outre les sous-systèmes orientés utilisateurs, tels que les systèmes d'aide à la conduite (ADAS), les sous-systèmes électroniques embarqués contribuent à améliorer la sécurité, l'efficacité et le confort, à la fois dans les véhicules traditionnels et les véhicules électriques. Dans les VE en particulier, les sous-systèmes électroniques jouent un rôle central pour garantir la puissance et l'efficacité des groupes motopropulseurs haute tension et des systèmes de gestion des batteries.
Les tendances de l'industrie exigent des développeurs de sous-systèmes électroniques de véhicules traditionnels et électriques qu'ils fournissent des conceptions plus compactes et plus économiques, tout en maintenant les plus hauts niveaux de performances, de fiabilité et de sécurité. Les composants conformes AEC-Q200 de Kyocera AVX répondent aux diverses exigences des multiples systèmes électroniques requis pour prendre en charge ces tendances émergentes.
Les condensateurs répondent aux exigences fondamentales de la conception automobile
Les condensateurs de Kyocera AVX répondent aux exigences fondamentales de performances, de fiabilité et de sécurité des sous-systèmes électroniques automobiles. Élaborés à partir d'une variété de technologies, ces condensateurs offrent aux concepteurs la combinaison nécessaire de caractéristiques nominales, de fonctionnalités, de boîtiers et de types de montage, y compris la technologie à montage en surface (CMS) et les versions à sorties radiales.
Les concepteurs se tournent souvent vers des condensateurs pavés en céramique multicouches (MLCC), tels que ceux de la gamme de MLCC CMS automobiles qualifiés AEC-Q200 de Kyocera AVX, pour les applications qui requièrent une empreinte minimale avec une haute fiabilité, une haute capacité et une faible résistance série équivalente (ESR). Par exemple, le KAS21BR72A222JM est un MLCC répertorié à 2200 picofarads (pF) et 100 volts (V), fourni en boîtier CMS 0805 standard de 2,01 millimètres (mm) × 1,25 mm.
Par le passé, les défaillances des MLCC conventionnels utilisés dans la conception automobile étaient fréquentes en raison des contraintes mécaniques et de l'inadéquation entre le coefficient de dilatation thermique du composant et celui du circuit imprimé. Kyocera AVX répond à ce problème avec sa technologie innovante FLEXITERM, qui intègre une couche de polymère conducteur pour maintenir la connexion électrique entre l'électrode du condensateur et la terminaison, même en cas de flexion de la carte, de vibrations et de dilatation thermique. Cette couche permet de réduire les sources courantes de défaillance sans augmenter la résistance ESR du condensateur.
Pour une protection accrue contre les défaillances dans les applications critiques en termes de sécurité, certains MLCC de Kyocera AVX, notamment le KAS21BR72A222JM, combinent la technologie FLEXITERM avec la technologie FLEXISAFE. Les MLCC FLEXISAFE de Kyocera AVX (Figure 1) utilisent une conception d'électrode en cascade interne pour fournir deux condensateurs en série dans un seul boîtier MLCC.
Figure 1 : La technologie de MLCC FLEXITERM de Kyocera AVX intègre une couche de polymère conducteur entre l'électrode et la terminaison pour maintenir la connexion électrique entre le dispositif et la carte malgré les contraintes mécaniques et la désadaptation thermique. (Source de l'image : Kyocera AVX)
Avec cette structure en cascade, même en cas de court-circuit de l'un des condensateurs série internes du MLCC FLEXISAFE, ces dispositifs conservent leur capacité nominale.
Garantir des performances stables dans les conceptions automobiles
Outre une haute fiabilité, de nombreux sous-systèmes automobiles dépendent de performances hautement stables et à faibles pertes avec une variation de capacité minimale due à la température, à la tension ou au vieillissement. Pour ces conceptions, les développeurs peuvent se tourner vers les condensateurs diélectriques C0G (NP0) qualifiés AEC-Q200 de Kyocera AVX, tels que le MLCC CMS 1000 pF 08051A102J4T2A ou le MLCC à sorties radiales 1000 pF AR215A102J4R.
Construits avec l'un des diélectriques les plus stables, les condensateurs diélectriques C0G (NP0) de Kyocera AVX présentent des tolérances strictes et d'excellentes caractéristiques de stabilité, notamment :
- Hystérésis ou dérive de capacité négligeable : moins de ±0,05 % contre jusqu'à ±2 % pour les condensateurs à film
- Effets de vieillissement minimes : la variation de capacité typique est inférieure à ±0,1 % pour C0G (NP0), soit un cinquième de celle de la plupart des autres diélectriques (Figure 2, à gauche)
- Variation de capacité minimale avec la température : seulement 0 ±30 parties par million par degré Celsius (°C), soit moins de ±0,3 %°C sur la plage de températures nominales de ces dispositifs de -55°C à +125°C (Figure 2, à droite)
Figure 2 : Les condensateurs diélectriques C0G (NP0) qualifiés AEC-Q200 maintiennent un fonctionnement stable au fil du temps (à gauche) et sur toute leur plage de températures de fonctionnement (à droite). (Source de l'image : Kyocera AVX)
Répondre aux exigences automobiles les plus strictes
L'émergence des véhicules électriques et hybrides a entraîné une demande de condensateurs capables de résister à l'environnement haute tension de ces véhicules. Kyocera AVX répond à ce besoin avec sa série SkyCap AR de condensateurs en céramique qualifiés AEC-Q200, tels que le condensateur 1000 pF à sorties radiales AR30HC102K4R, répertorié à 3000 V.
La prolifération des capteurs dans les sous-systèmes automobiles nécessite des condensateurs capables de fonctionner de manière fiable dans les environnements à haute température, y compris sous le capot, dans le groupe motopropulseur et sur les systèmes de freinage. Les dispositifs de la série SkyCap AR, construits avec le diélectrique X8R, présentent une plage de températures de fonctionnement de -55°C à +150°C et offrent une large plage de capacité, jusqu'à 0,33 microfarads (µF) avec l'AR205F334K4R.
Pour un fonctionnement à des températures encore plus élevées, la série THJ de condensateurs au tantale de Kyocera AVX offre une plage de températures de fonctionnement de -55°C à +175°C dans des dispositifs avec une capacité s'étendant de 0,1 µF avec le THJA104K035RJN à 220 µF avec le THJE227K010RJN. Le premier est fabriqué dans un boîtier CMS standard 1206 (3,2 mm × 1,6 mm) et le second dans un boîtier CMS standard 2917 (7,3 mm × 4,3 mm).
Les solutions plus compactes gagnent en importance dans les véhicules. Les ensembles de condensateurs série W2A à composants passifs intégrés (IPC) et qualifiés AEC-Q200 de Kyocera AVX fournissent deux ou quatre condensateurs dans un seul boîtier 0508 (1,3 mm × 2,1 mm). Le W3A43C104K4Z2A, qui fait partie des ensembles de condensateurs IPC qualifiés AEC-Q200 série W3A de l'entreprise, est un ensemble de condensateurs IPC en céramique FLEXITERM intégrant quatre condensateurs de 0,1 µF dans un seul boîtier 0612 (1,6 mm × 3,2 mm). Cette combinaison de fonctionnalités fournit une solution compacte capable de résister aux contraintes mécaniques et thermiques, tout en offrant des gains d'espace carte significatifs par rapport aux conceptions utilisant des condensateurs discrets (Figure 3).
Figure 3 : Fabriqué dans un boîtier 0612, un ensemble de condensateurs W3A à quatre éléments, tel que le W3A43C104K4Z2A, peut résister aux contraintes mécaniques et thermiques tout en offrant des gains d'espace carte significatifs. (Source de l'image : Kyocera AVX)
La vaste gamme de condensateurs qualifiés AEC-Q200 de Kyocera AVX répond à des exigences de plus en plus diverses. Cependant, les architectures de véhicules électriques plus avancées et à plus haute tension ajoutent des exigences de protection robuste des circuits.
Protection des composants électroniques sensibles dans l'environnement automobile difficile
Les varistances multicouches TransGuard qualifiées AEC-Q200 de Kyocera AVX sont conçues pour fournir une protection robuste, en offrant une protection bidirectionnelle contre les surtensions afin de protéger l'électronique automobile sensible. Elles permettent également l'atténuation des interférences électromagnétiques (EMI) et des interférences RF (RFI) pour limiter la distorsion des signaux et répondre aux exigences réglementaires. En fournissant une protection bidirectionnelle contre les surtensions, ces composants fonctionnent de manière similaire aux diodes Zener montées tête-bêche, mais avec un temps de réponse inférieur à 1 nanoseconde (ns) (Figure 4), leur permettant de contrer les événements de surtension plus rapidement.
Figure 4 : Bien que les varistances TransGuard fonctionnent de manière similaire aux diodes Zener montées tête-bêche, elles présentent un temps d'activation nettement plus rapide, garantissant une réponse accélérée aux surtensions. (Source de l'image : Kyocera AVX)
Les dispositifs de la gamme TransGuard répondent à un large éventail d'exigences de performances, qu'il s'agisse d'une haute fiabilité, d'une haute tenue en courant ou d'une absorption d'énergie élevée. Pour de nombreuses applications à basse consommation d'énergie, comme la protection des systèmes de capteurs, le VCAS040205X150WP offre une solution efficace avec sa tension de fonctionnement de 5,6 VCC, sa tension de blocage de 18 V et son courant de pointe de 20 ampères (A) sur une plage de températures de fonctionnement de -55°C à +125°C. Pour les applications à haute énergie et haute température, sous le capot et ailleurs, le VGAH322026Z570DP répond aux exigences avec son courant de pointe de 1,8 kiloampère (kA) et ses caractéristiques d'énergie de 13 joules (J) sur une plage de températures de fonctionnement de +55°C à +150°C. La série TransGuard FLEXITERM fournit des dispositifs dotés d'une large gamme de caractéristiques de protection similaires, ainsi que d'une protection robuste contre les contraintes mécaniques et la désadaptation thermique.
Pour aider les développeurs à protéger les circuits automobiles dans les applications sensibles à la température ou dans les environnements à haute température, la gamme de thermistances à coefficient de température négatif (CTN) qualifiées AEC-Q200 de Kyocera AVX prend en charge un large éventail d'exigences de performances et de fabrication par le biais de plusieurs séries, notamment :
- Série NB, constituée de thermistances CMS pour le soudage sans plomb
- Série NC, constituée de thermistances CMS pour l'assemblage hybride
- Série ND03 et série NJ28, constituées de thermistances à sorties
Pour une détection de température haute précision, les dispositifs de la gamme, tels que la thermistance à sortie NJ28PA0203F--, offrent la tolérance stricte requise et des variations de résistance importantes avec la température. Pour les applications de contrôle ou de compensation de température, des composants tels que le NC20R00105JBA peuvent fournir la détection stable nécessaire sur une large plage de températures.
Favoriser les véhicules connectés
Alors que la connectivité sans fil entre les véhicules et à l'intérieur des véhicules devient de plus en plus cruciale, les antennes RF série A de Kyocera AVX répondent aux exigences émergentes en matière de technologies de connectivité et de bandes passantes multiples (Figure 5).
Figure 5 : Les antennes RF série A offrent une solution standard pour répondre à la demande croissante d'options de connectivité diversifiées pour de multiples sous-systèmes automobiles. (Source de l'image : Kyocera AVX)
Conçues pour une implémentation aisée et une commercialisation rapide, ces antennes prennent en charge les principales technologies de connectivité pour les communications personnelles, les réseaux de données, les systèmes de sécurité et la navigation avec des dispositifs tels que les suivants :
- Antenne large bande AP822601 pour connectivité cellulaire, Wi-Fi et ISM (bande industrielle, scientifique et médicale)
- Antenne GNSS (système global de navigation par satellite) A9002137 prenant en charge les fréquences les plus souvent utilisées pour la navigation personnelle et commerciale
- Antenne A9001978 pour connectivité double bande Wi-Fi, Bluetooth ou ultralarge bande (UWB)
Bien que la norme AEC-Q200 ne couvre pas explicitement les produits d'antenne, les antennes RF série A sont rigoureusement testées conformément aux exigences et aux procédures décrites dans la norme, pour fournir aux développeurs le niveau de fiabilité et de performances requis pour les systèmes automobiles.
Conclusion
L'industrie automobile poursuit son adoption de véhicules contenant de plus en plus d'électronique. C'est pourquoi les concepteurs ont besoin de composants offrant des performances, une fiabilité, une sécurité et une connectivité accrues dans des environnements de plus en plus compacts et exigeants. Kyocera AVX contribue à relever ces défis grâce à une large gamme de condensateurs, de dispositifs de protection des circuits et d'antennes RF conformes à la norme AEC-Q200.

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