Automobilelektronik
Spezifikationsgerechter Einsatz von passiven Bauelementen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Umweltresistente Widerstände sind gefragt
Selbst so einfache Bauteile wie Widerstände müssen immer höheren Anforderungen gerecht werden. In der Automobilelektronik spielen dabei Kriterien wie Langzeitstabilität, Impulsfestigkeit, aber auch Schadgasfestigkeit eine wichtige Rolle. Typisch für Standard-widerstände ist die Dickschichttechnik mit der Nenntoleranz 1 % und Temperaturkoeffizienten von 100 ppm/K in den Baugrößen 01005 bis 2512.
Eine speziell für Automotive-Anwendungen entwickelte Ausführung sind schwefelresistente Dickschichtwiderstände mit einem geringen Anteil an Palladium in den Elektroden. Einen mechanischen Schutz gegen das Eindringen von Schadgasen und für den Einsatz in rauen Umgebungen bietet ferner eine homogene Schutzschicht des Epoxid-Lacks.
Dünnschichtwiderstände werden typischerweise in Applikationen eingesetzt, die eine hohe Langzeitstabilität, hohe Genauigkeit oder auch geringes Stromrauschen erfordern. Im Vergleich zu Dickschichtwiderständen ermöglichen sie geringere Nenntoleranzen; außerdem verfügen sie über einen geringeren Temperaturkoeffizienten, kleinere parasitäre Induktivitäts- und Kapazitätswerte und erreichen eine höhere Stabilität bei hohen Frequenzen. Auf diese Weise bleibt der Widerstandswert auch bei Einflüssen wie Temperatur, Zeit und Impulse nahezu konstant.
Strommesswiderstände, auch Shunts genannt, eignen sich für alle Arten von Messapplikationen. An diesem niederohmigen Widerstand wird der Spannungsabfall gemessen und ausgewertet. Sie können bei maximal 275 °C mit bis zu 5 W betrieben werden. Angeboten werden -Widerstandswerte bis in den Milliohm-Bereich, die mit einem Temperaturkoeffizienten von 50 ppm/K aufwarten. Typische Anwendungen im Automotive-Bereich sind z.B. Airbag-Steuerung, Batteriemanagement, ABS, Schließ-system, Motorenmanagement oder Klimatisierung.
Bis 200 °C noch standfest
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Für Spannungsversorgungen in Fahrzeugen besteht vor allem die Forderung nach Miniaturisierung bei steigenden Schaltfrequenzen. Als Folge müssen auch die Power-Induktivitäten, die zur EMI-Filterung an Hochstromleitungen und der Energiespeicherung für DC/DC-Wandler dienen, kleiner und flacher werden und immer höheren Temperaturen standhalten.
Magnetisch vollständig geschirmte Hochstrominduktivitäten (Bild 2) enthalten etwa einen lackisolierten Kupferdraht, der Betriebstemperaturen bis 200 °C standhält. Er wird an einen Rahmen (Leadframe) mittels Ultraschall angeschweißt und mit einer Mischung aus ferromagnetischem Eisenpulver -sowie Epoxid-Kleber umpresst (Composite). Diese Bauformen sind auch AEC-Q200-qualifiziert erhältlich.
Für die Signal- und Niedrigstromleitungen sind immer mehr AEC-Q200-qualifizierte Standardinduktivitäten und Ferrite Beads verfügbar - sowohl als Multi-Layer wie auch als drahtgewickelte Versionen. Daneben gibt es neue, für CAN- und FlexRay-Netzwerke optimierte Gleichtaktdrosseln mit einem zulässigen Temperaturbereich bis 150 °C. Dafür sorgen eine optimierte Struktur, ein widerstandsfähiger, leitfähiger Kleber und eine druckabsorbierende innere Konstruktion.
Quarze - beständig gegen Hitzeschocks
In jedem Kraftfahrzeug findet sich eine Vielzahl von Quarzen, denn sie liefern die erforderliche Genauigkeit im ppm-Bereich sowie die Temperaturstabilität über 150 bzw. 160 °C. Ihre Alterung liegt ebenfalls im einstelligen ppm-Bereich, so dass sie eine Gesamttoleranz unter 200 ppm vorweisen, die für den spezifikationsgerechten Betrieb der Bussysteme erforderlich ist.
Bei der Auswahl ist zu unterscheiden, ob die Quarze in Multimedia-Anwendungen oder in Sicherheitstechnik wie Bremsen, Airbag oder TPMS zum Einsatz kommen. In der Regel finden bereits im frühen Entwicklungsstadium Board-Evaluierungen statt, um die sichere Funktion und Konfiguration der Oszillatorschaltung zu testen. Um die Qualität der Automotive-Quarze sicherzustellen, muss der Hersteller Normen wie AEC-Q200, TS16949, QS900 erfüllen; für die Freigabe ist zudem eine PPAP-Dokumentation erforderlich. Die im Reinstraum gefertigten Bauteile zeichnen sich durch Beständigkeit gegen Hitzeschocks in bis zu 3.000 Temperaturzyklen, applikationsgerechte Beschleunigungswerte sowie umfangreiche Tests aus, die mindestens die AEC-Q200-Vorgaben erfüllen müssen. Das Frequenzspektrum der Quarze reicht von 32,768 kHz bis 40 MHz.
Oszillatoren gibt es von 2 bis 60 MHz, die im Temperaturbereich von -40 bis +125 °C mit 100 ppm Toleranz behaftet sein dürfen. Neben den gängigen Automotive-Typen wie Metall HC49 sind auch kundenspezifische Typen verfügbar.
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