【導讀】在過去幾年間，全球電動汽車（EV）一直保持著強勁增長。根據Energy Innovation的預測，到2050年，全球輕型汽車銷售量中電動汽車的占比將達到65%至75%，并在未來出行中確立主導地位。
不過，如果你認為今天發生在汽車領域的改變僅僅是“用電池代替油箱”，那就過于簡單了，與之伴生的實際上是一場以電動化、網聯化、智能化、共享化（所謂“新四化”）為目標的全方位變革，涉及能源、安全、舒適性、智能化等諸多方面，很多變革都是顛覆性的。
汽車電氣化新生態
這種變革也正在重塑整個汽車產業生態，這當然也包括作為汽車電子基礎的電子元器件。具體來講，汽車電氣化對于電子元器件的重塑作用，體現在以下六個方面。
#1 更大的電能需求
汽車電子化有兩個明顯的特征：一是車輛的主動力由內燃機轉換為儲存在高壓電池中的電能；二是車載的電子設備越來越多，這就使得整車對于總電能的需求大大增加。
有分析顯示，與內燃機汽車相比，電動汽車需要100kW以上的電源，與前者相比提高了20倍！
這種變化意味著汽車電氣化所需的元器件也會向著更高的功率、更高的耐壓等趨勢發展，以適應耗電量更大的電動汽車的需求。
#2 更高的效率
與更大電能需求相伴生的，是對于更高效率的追求。在高開關頻率下實現更高效的電源轉換，盡可能減少電能損耗，這不僅有利于實現更高的續航能力，也有助于降低器件和系統的熱應力，提升可靠性并延長使用壽命。因此，在效率方面表現出眾的元器件，肯定會更受電動汽車的青睞。
#3 更智能的控制
為了實現更高的續航能力，為用戶提供與內燃機汽車相似的駕乘體驗，電動汽車除了在電池技術上持續創新，以及追求更高效電源管理效率外，智能化的控制也是必不可少的環節之一。其中具有代表性的就是BMS電池管理系統，它可以及時精確地監測電池電壓、溫度、健康狀態等參數，并反饋給主控單元，以形成優化控制策略，挖掘動力電池的“潛能”，延長其使用壽命。在BMS系統的構建中，無疑需要諸多新型電子元器件的賦能。
#4 更大的EMC設計挑戰
汽車電氣化也會帶來新的EMC電磁兼容設計挑戰。比如采用開關頻率更高的功率半導體器件，其高電壓和高電流產生的干擾也會更多、更強。因此，車用電子元器件必須滿足嚴苛的EMS（電磁抗擾度）和EMI（電磁干擾）測試要求，以確保整個系統符合相關的EMC設計規范。
#5 更高的安全性
由于采用了高壓電池，因此電動汽車的設計需要有更多安全性方面的考量。比如在高壓和低壓域之間要提供可靠的隔離，以避免人員或電路受到安全威脅。針對電子元器件，爬電距離也是一個關乎安全的關鍵參數，足夠的爬電距離可有效防止器件間或器件和地之間打火，避免威脅到人身安全，而在滿足UL、CSA和VDE等爬電距離安全標準要求的同時，如何能夠實現元器件的小型化設計，也是一個十分考驗元器件廠商的課題。
#6 更綜合的可靠性
汽車應用環境的特殊性，決定了其對電子元器件的可靠性也會有更全面的要求。因此，穩定的電氣性能、穩固的機械結構、全天候的環境耐受能力，這些也都是汽車電氣化時代電子車用元器件身上必須具備的特質。
電子元器件的重塑之路
綜上所述，汽車的電氣化就像是開啟了一個全新的生態系統，而電子元器件想要在這個新的生態環境中落地、生根和發展，就必須進行適應性的優化。
這種優化通常可以從兩個維度展開：
● 第一：圍繞行業需求的變化，打造符合車規標準的產品，并藉此逐漸形成一套嚴格的汽車級元器件產品的質量體系。同時，在此基礎上擴展自己的汽車級產品組合，滿足多樣化的應用需求。
● 第二：通過新產品、新工藝，持續提升汽車級產品的性能和競爭力，不斷滿足更高的設計要求。
在沿著這樣的技術路徑打造汽車電氣化所需的元器件方面，Bourns是一個很好的范例。憑借其在設計、制造和供應高可靠性車規元器件方面的豐富經驗，Bourns可以為電動汽車的設計開發提供非常全面的元器件解決方案。
圖1：Bourns的汽車級元器件解決方案
（圖源：Bourns）
以磁性元器件為例，Bourns可以提供豐富的車規級磁性元器件產品，包括高爬電距離和電氣間隙隔離變壓器、BMS信號變壓器、Chip LAN變壓器、功率電感、大電流共模扼流圈等。這些產品都是在IATF 16949和ISO 14000認證的工廠中生產，并通過了AEC-Q200標準測試，可滿足當今和未來汽車電氣化發展的要求。
與此同時，Bourns也在通過設計、工藝、材料等方面的持續創新，不斷強化汽車電子化所需的性能優勢，這些性能優勢包括：
● 小型化：在確保性能的同時，“壓縮”元器件尺寸，以適應空間受限的汽車應用設計要求。
● 低EMI噪聲：在降低EMI噪聲的同時保持高效率，典型的例子就是Bourns的功率電感器。
● 熱管理：提供更佳的溫度穩定性，同時通過提升效率減小熱應力的影響，以利于整個系統的熱管理優化。
● 高穩健性和可靠性：有助于更大限度地延長產品壽命，為整車可靠長效運行提供保障。
● 高效率：借助采用先進的材料和結構，如先進的金屬合金粉芯、模壓工藝技術、扁平繞組、自引線端子等，實現超低DC電阻，進而提供更高的效率。
值得一提的是，上述這些產品的優化舉措，也已經沉淀為Bourns的技術“基因”，在越來越多汽車級產品的“重塑”中發揮著決定性作用。
Bourns車規級元器件
下面我們就從幾款Bourns的車規級元器件身上，體驗一下汽車電氣化趨勢下，電子元器件將被重塑成什么樣子。
1 SRP2512TMA屏蔽型功率電感器
功率電感是指可以通過大電流的電感，在大功率開關電源設計中有廣泛應用。Bourns針對汽車電氣化的需求，開發出了一系列符合AEC-Q200車規標準的功率電感產品，SRP2512TMA屏蔽型功率電感器就是其中的代表作。
顧名思義，SRP2512TMA采用了磁屏蔽結構，因此可以實現低輻射，從而有效應對EMI挑戰。其次，與使用傳統繞線構造的相似尺寸的其他電感器相比，Bourns的這種新型電感器采用了扁平導線結構，有助于降低DCR電阻，實現更高的效率。再有，該電感器采用金屬合金粉末磁芯，可實現大飽和電流，這一特性在大電流、高功率應用中非常關鍵。此外，SRP2512TMA功率電感器采用高溫分級材料制成，具有更出色的溫度穩定性，支持高達150°C的工作溫度，可以滿足汽車復雜應用環境的要求。
總之，SRP2512TMA屏蔽型功率電感器具有低輻射、高飽和電流、高溫升以及低DC電阻等特性，可以很好地滿足汽車電氣化中EMI濾波、DC-DC轉換器和電源應用所需的高性能、高可靠性設計要求。
圖2：SRP2512TMA屏蔽型功率電感器
（圖源：Bourns）
2 HCTSM8系列電源變壓器
在汽車電氣化的架構中，很多地方都需要用到隔離式DC-DC轉換器，它既能實現高效的電壓轉換，也能夠通過電氣隔離降低觸電風險，避免由于不同電位電平而導致的接地環路，并防止從輸入到輸出的電壓瞬變。
在隔離式DC-DC轉換器設計中，推挽式是一種常見的拓撲結構。與其他類型的DC-DC轉換器相比，推挽式轉換器可提供更穩定的輸入電流，更少的輸入線路噪聲，以及在高功率應用中更高的效率，因此在汽車電氣化中扮演著重要的的角色。
Bourns的HCTSM8系列電源變壓器就是專為車規級推挽式DC-DC轉換器而打造的解決方案。該系列變壓器符合AEC-Q200標準，采用鐵氧體環形磁芯，提供高耦合系數和高效率；可承受高達7.5kV的電壓；隔離工作電壓高達800VAC；提供更高的匝數比；具有出色的熱降額性能——這些特性與競品相比均有顯著的優勢。
圖3：HCTSM8系列電源變壓器
（圖源：Bourns）
特別值得一提的是，HCTSM8系列電源變壓器采用了創新的爬電距離路徑設計，為電流傳輸提供了細長的曲折路徑，因此在緊湊的封裝尺寸中巧妙地增加了電流路徑的長度，獲得了8mm的爬電距離。
圖4：HCTSM8系列變壓器創新的爬電距離路徑設計（圖源：Bourns）
加強的隔離設計、更長的爬電距離，以及緊湊的封裝外形，HCTSM8系列電源變壓器的這些優勢特性為高效且安全的DC-DC轉換器設計帶來的好處顯而易見，而且其價值已經在Texas Instruments等芯片廠商的參考設計中得到驗證。
3 BMS信號變壓器
SM91501AL和SM91502AL
上文提到過，汽車電氣化設計想要延長鋰離子電池的使用壽命，確保用戶安全操作，基于BMS的智能控制是關鍵的一環。而想要安全可靠地采集和傳輸動力電池組的狀態信息，隔離高壓BMS通信必不可少。
Bourns推出的SM91501AL和SM91502AL BMS信號變壓器為BMS應用中的隔離通信提供了理想的保護解決方案。SM91501AL和SM91502AL BMS變壓器支持串行菊花鏈/IsoSPI，工作電壓分別為1,600V和1,000V。它們在-40℃至+125℃工作溫度范圍內具有150μH和450μH的電感值，支持4,300VDC耐壓隔離電壓。此外，該系列變壓器繞組使用通過介電強度（Hi-POT）測試的全絕緣線，進一步增強了過電壓瞬變的電氣絕緣保護能力，可滿足更高電壓的BMS設計要求。
圖5：SM91501AL和SM91502AL BMS信號傳感器（圖源：Bourns）
4 AEC-Q200過溫保護小型斷路器
鋰離子電池憑借其綜合優勢，應用版圖極為廣闊，但在實際應用中鋰離子電池的安全性一直是個無法回避的挑戰。Bourns的小型斷路器作為一種可復位的熱切斷（TCO）元件，通過結合PTC和雙金屬開關兩種電路保護技術，可提供準確、可重復、更可靠的過流和過熱保護，是確保鋰離子安全工作的理想解決方案。
圖6：小型斷路器工作原理
（圖源：Bourns）
針對汽車電氣化領域的鋰離子電池保護，Bourns新近推出了通過AEC-Q200測試的AD系列（軸向引線/焊接）和SD系列（表面貼裝型）過溫保護小型斷路器，它們具備55°C至150°C的寬跳閘溫度范圍±5°C的高跳閘精度、高達4mΩ的極低阻值，支持高達10,000次循環使用次數，并可提供非自動復位（自保持）或自動復位（非自保持）功能選項，十分適合作為汽車動力電池系統中的可復位過溫保護器或傳感器。
圖7：AD和SD系列小型斷路器
（圖源：Bourns）
這些新產品也是Bourns將在微型過溫保護領域超過30年的經驗向汽車電氣化領域延伸的一次積極探索，使得開發者不必再使用體積龐大的解決方案或僅能單次使用的熔斷保險絲，從而靈活地擴展過溫保護的應用場景，為汽車電氣化的安全性提供更全面的保障。
本文小結
對于汽車行業來講，汽車電氣化是一場“百年未有之大變局”。在這個過程中，游戲規則被重新定義，因此參與游戲的“玩家”——比如電子元器件——也需要進化出諸多新特性，以便與這場大變革“深度融合”，在新市場中開辟出新的發展空間。
汽車電氣化對于電子元器件的重塑正在發生，并將繼續成為未來電動汽車發展中的一個主旋律。
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