【技术干货】确保自动驾驶安全运行的保护元器件

近年来，自动驾驶电动汽车的开发引起了研究人员和工程师的极大关注。许多变化正在彻底改变汽车的电子电气（EE）架构，从而带来自动驾驶和相关挑战。自动驾驶车辆必须能够感知环境，并在无需人工介入的情况下安全导航，美国国家公路交通安全管理局（NHTSA）并定义了不同的自动驾驶级别，从第0级的完全无自动化驾驶功能，到第5级的全自动化驾驶。

在更高的自主级别上，车辆必须使用多个传感器来感知周围环境，例如激光雷达、摄像头、GPS等。根据传感器输入，车辆必须实时定位自己，做出决策并采取行动进行驾驶。其中的ADAS（高级驾驶辅助系统）是通过这些传感器来提高驾驶安全性，重点在“传感”能力。另一方面，AD（自动驾驶）中的各种系统会处理从感知、决策和命令到执行器（制动、转向等 ……）的数据，被称为具有“认知”能力，能够处理传感数据、感知和决策。

自动驾驶是一个高度复杂的系统，为了支持最高级别的自主性，电子电气架构的演变正在从大量ECU（Electronic Control Unit，电子控制单元）转向功能性DCU（Domain Control Unit，域控制单元），例如AD/ADAS、连接性、智能座舱等，再到具有集中式计算机的CCU（Central Control Unit，中央控制单元）和区域网关ZCU（Zone Control Unit，区域控制单元）。

这些控制单元在自动驾驶系统中相互协作，共同实现复杂的车辆控制任务，提供高效、安全和智能的驾驶体验。目前传统的多ECU架构正向集中化发展，更多功能被整合到DCU或CCU中，以减少复杂性和成本。

随着自动驾驶水平的提高，安装的传感器数量也必须相应增加，以获取周围环境的数据。随着传感器数量的增加，SoC处理的数据量增加，执行数据处理的主要半导体器件的功耗增加，这种演变增加了功耗以优化“大脑”的认知能力。

为了确保自动驾驶系统的稳定运作，采用聚合物电容器来支持自动驾驶和ADAS DCU上增加的功耗便相当关键。其中的钽聚合物电容器由钽（Ta）阳极、五氧化二钽（Ta₂O₅）电介质和固体聚合物电解质构成。这种构造方法具有多种优点，包括高温额定值以及温度、电压和时间的稳定性，这些特性使钽聚合物电容器能够满足并超过AEC-Q200汽车标准要求。

KEMET其生产的有机电容器是采用导电聚合物阴极构造的固体电解器件，能够在广泛的应用中提供优化的性能。KEMET的产品组合将极低的等效串联电阻（ESR），以及改进的高频电容保持能力与广泛的尺寸产品相结合，通过创新和技术为设计人员提供支持。

KEMET钽聚合物电容器（KO-CAP^TM系列）具有低ESR，可最大限度地减少功率损耗和不必要的噪声，并且能够承受高温并延长汽车应用的使用寿命。具体来说，T598钽聚合物电容器具有理想的高电容、低ESR和出色的纹波性能，支持AD和ADAS DCU上增加的功耗。

KEMET T598钽聚合物电容器具有低串联电阻，从6 mΩ到150 mΩ（100kHz，RT），可在-55℃至125℃温度范围内保持稳定的电容和ESR，可提高高频下的电容保持能力，并具有超长预期寿命。

T598汽车级聚合物电容器为需要节省电路板空间、高容积效率／小型化和可靠性的设计人员提供解决方案。T598系列的特定外壳尺寸为EIA 7343-31，额定电容为470µF，额定电压为2.5V，已成功应用于ADAS/AD DCU。

多层陶瓷电容器（MLCC，Multilayer Ceramic Capacitor）是一种利用多层陶瓷材料作为介质的电容器。这些电容器在现代电子设备中广泛应用，因为它们具有高电容值、小体积和良好的电性能。

像所有电容器一样，MLCC的主要功能是存储和释放电能。它们能快速充电和放电，非常适合在电子电路中用于平滑电压和稳定电源。MLCC常用于滤波应用，用于去除电源中的高频噪声和平滑电压波动。在开关电源、DC-DC转换器和音频电路中非常常见。

MLCC在旁路应用中，用于提供低阻抗通道，将高频噪声旁路掉，以保护敏感电路免受噪声干扰。在解耦应用中，MLCC用于稳定电压，防止电压波动影响敏感组件的正常工作，特别是在数字电路中。MLCC还用于耦合应用，允许交流信号在不同电路之间传递，同时阻止直流信号的通过。

由于其多层结构，MLCC可以在相对小的体积内提供高电容值，这对于需要高电容的应用非常有用。MLCC具有小型化的优势，非常适合于现代电子设备中的高密度装配需求。MLCC具有低ESR特性，能有效滤除高频噪声，提升电路的性能，并具有高可靠性，能在广泛的温度范围内工作，适用于各种苛刻的工作环境。MLCC在温度变化和电压变化方面表现出良好的稳定性，确保其在不同工作条件下能保持一致的性能。

在汽车电子应用中，MLCC用于汽车电源系统、引擎控制单元（ECU）、车载娱乐系统和其他电子控制模块中，以提高系统可靠性和性能。KEMET提供的汽车级MLCC器件采用更安全的故障机制设计，并符合AEC-Q200和VW AUDI 80808等行业标准。KEMET的零件已在道路和实验室中得到验证，具有广泛的可靠性记录。KEMET的汽车级产品经过验证，可在-50℃至125℃的恶劣温度下工作，并通过了动力总成、车载电子设备和充电系统等汽车应用的认证。

KEMET的MLCC器件系列的种类相当广泛，包括表面贴装商业／汽车SMD，支持ESD额定、KPS、MIL-PRF、高温、高电压、ArcShield、STD KONNEKT，具有Flex Term、浮动电极、开放模式，以及Sn、SnPb、Au端子。

电路保护元器件（Circuit Protection Components, CPC）在电子电路中扮演着至关重要的角色，旨在保护电路免受过流、过压、短路和其他电气异常的影响。电路保护元器件的种类相当多样，以下将针对一些常见的产品做一些简易的介绍。

常见的电路保护元器件包括TVS（瞬态电压抑制管）、齐纳二极管、整流二极管、熔断器（保险丝）、自恢复熔断器（PTC Resettable Fuse）、压敏电阻（Varistor, MOV）、静电保护器件（ESD）、陶瓷气体放电管（GDT）、强效放电管（SPG）、晶闸管（TSS）、负温度系数热敏电阻（NTC）等，可保护电路免受到不稳定电流、电压的损害。

电路保护元器件在汽车业的应用相当广泛。像是在电池管理系统（BMS）中会采用熔断器和自恢复熔断器，以保护电池组免受过流和短路的影响，确保电池的安全运行，热敏电阻则用来监控电池温度，防止过热。

在引擎控制单元（ECU）也会使用熔断器和TVS二极管，保护ECU免受过流和过电压的损害，确保引擎控制系统的稳定性。在照明系统中，压敏电阻和熔断器可用于保护汽车照明系统免受电压波动和过流的影响，延长灯泡寿命。

在娱乐和信息系统中会采用浪涌保护器和TVS二极管，以保护汽车娱乐和信息系统免受雷击和静电放电的损害。在电动汽车的充电系统中，可采用压敏电阻和熔断器，以保护电路免受过电压和过流的损害。

在安全气囊系统中可使用热敏电阻和熔断器，以保护安全气囊系统，确保其在需要时能正常启动，并在过热或短路时自动断开。在车载网络中可采用自恢复熔断器和TVS二极管，以保护汽车内部通信总线，如CAN总线和LIN总线，免受过流和过压的影响。

YAGEO提供完整的电路保护解决方案，包括过压保护元器件TVS、MOV、GDT、SPG、ESD、TSS，过流保护元器件PPTC和NTC。TVS、MOV和ESD产品具有精确的电压箝位能力。它们可以将电压限制在一个允许的水平上，通过对地引入大量电流来防止电路损坏。GDT、SPG和TSS产品充当电路开关，可以接通、从而将异常电流引导到地面。PPTC和NTC类似于电阻，其阻值可以随着温度的变化而变化、以保护电路。YAGEO电路保护产品广泛应用于汽车、工业、电源、通信、消费电子等领域。

在汽车应用市场中，YAGEO的电路保护解决方案可应用于ADAS、灯光、直流-交流逆变器、车载充电器（OBC）、直流-直流转换器、电池管理系统（BMS）等领域。产品线涵盖瞬态抑制二极管（TVS，一般／车用）、齐纳二极管、整流二极管、贴片保险丝、压敏电阻（MOV）、静电保护器件、陶瓷气体放电管、自恢复保险丝、强效放电管、晶闸管、负温度系数热敏电阻（NTC）。

在自动驾驶技术的发展中，保护元器件扮演着至关重要的角色，确保车辆系统的安全和稳定运行。这些元器件分别负责保护电路免受过流、过压、短路和过热等异常情况的影响。在自动驾驶汽车中，这些保护元器件被广泛应用于各种电子电力子系统中。它们确保各个子系统在异常情况下能迅速反应，防止故障扩散，从而提高整车的安全性和可靠性。本文所介绍的KEMET与YAGEO的各种保护元器件，将可提供优异的产品质量，确保自动驾驶系统的稳定运行。