村田丨NTC热敏电阻和晶体单元在汽车电气化中的应用

发布时间:2026-07-23 10:02
作者:AMEYA360
来源:村田
阅读量:771

  随着汽车电动化和智能化的快速发展,电子元件在汽车中的作用变得愈发重要。其中,NTC热敏电阻(负温度系数热敏电阻)和晶体元件(定时器件晶体)分别在温度监测和频率同步方面扮演了不可或缺的角色。NTC热敏电阻主要用于电池管理系统(BMS)、电机与电力电子的热管理、充电系统保护以及车内温控,确保在不同温度条件下车辆的稳定运行,同时提升系统的安全性与能源效率。另一方面,晶体元件为车载通信(如CAN、以太网、V2X)、自动驾驶雷达与摄像头模块、电力电子控制以及信息娱乐系统提供精确的频率信号,确保系统间的数据同步与可靠运行。

村田丨NTC热敏电阻和晶体单元在汽车电气化中的应用

  本文将探讨NTC热敏电阻和晶体元件在汽车电动化中的应用与发展,以及村田所提供的相关解决方案。

  NTC热敏电阻在汽车电气化中的应用

  NTC热敏电阻是一种对温度变化敏感的电阻器,其电阻会随着温度的升高而降低。这一特性使其适用于温度测量、补偿和保护等应用。NTC热敏电阻具有高灵敏度,能够快速响应温度变化。它们还具有宽温度范围,可用于低温和高温环境(-50°C至300°C)。凭借高稳定性,它们非常适合长期使用,具有极小的误差和紧凑的尺寸,同时具备高可靠性,非常适用于嵌入式电路和空间受限的应用。

  随着汽车工业的电气化,NTC热敏电阻广泛应用于温度监测和管理,以确保电机和电子系统的安全与稳定运行。NTC热敏电阻主要应用于电池管理系统 (BMS),用于监测电动汽车 (EVs) 和混合动力汽车 (HEVs) 中锂电池组的温度。这确保了电池在安全范围内运行,防止过热或低温对性能和寿命的影响。此外,NTC热敏电阻还可以与电池管理控制器 (BMC) 协同工作,实现精确的温度补偿和过热保护。

  另一方面,NTC热敏电阻可用于电机和逆变器的温度监控,追踪电机绕组和功率电子设备(如IGBT模块)的温度,以防止过热损坏,从而提高系统效率和寿命。NTC热敏电阻还可应用于充电系统的温度保护。在直流快速充电和交流慢速充电系统中,它们可以监测充电站和车载充电模块的温度,防止电路过热损坏,并确保电源管理IC(PMIC)和功率器件(MOSFET、IGBT)在安全温度范围内运行。

  在空调和车舱舒适系统中,NTC热敏电阻被用于汽车座椅加热和HVAC(加热、通风和空调)系统,以保持车内温度的舒适性并提高能源效率。在LED照明和电子设备热管理中,NTC热敏电阻被用于LED车灯和车内显示屏,用于监测温度,防止过热从而影响亮度和使用寿命。

村田丨NTC热敏电阻和晶体单元在汽车电气化中的应用

  NTC热敏电阻在温度检测、防止过热以及能源效率优化方面起着至关重要的作用。在汽车电气化技术不断发展的过程中,高精度、小型化和耐高温的NTC热敏电阻将成为汽车电子系统中不可或缺的组件。

  用于汽车应用的高可靠性NTC热敏电阻

  随着汽车市场中自动驾驶和物联网技术的进步,安装的电子元件数量持续增加,导致电路板密度提高。此外,随着ADAS/TELEMATICS设备功能性增强,由于电子元件负载增加导致的热量问题变得更加严重。因此,对过热检测和温度监控的需求不断增长。

  村田制作所推出了一系列NTC热敏电阻,利用其长期积累的工艺技术开发了NCU系列,具备高度可靠的0603M尺寸(0.6 x 0.3 x 0.3mm)。与之前的型号(1005M尺寸)相比,这些热敏电阻的体积减少了约80%,安装面积减少了约70%。通过快速响应市场需求,村田进一步满足了如高密度安装和小型化等高可靠性需求。

  NCU系列贴片型NTC热敏电阻专为汽车温度检测应用而设计,具有高可靠性,满足汽车市场的严格要求。它们可以在广泛的温度范围内实现温度检测和补偿。

  NCU系列包括NCU03系列,涵盖了标准和汽车应用的产品线。汽车级型号可用于汽车动力系统和安全设备。NCU03系列尺寸为0.6 x 0.3mm(0.2 x 0.1英寸),在25°C时提供10kΩ的阻值,公差为±1%。NCU15系列尺寸为1.0 x 0.5mm(0.4 x 0.2英寸),提供多种产品变化,阻值(25°C)范围从33kΩ到470kΩ,公差范围为±1%至±5%。同样,NCU18系列尺寸为1.6 x 0.8mm(0.6 x 0.3英寸),提供多样化的产品变化,阻值(25°C)范围从10kΩ到470kΩ,公差范围为±0.5%至±5%,满足各种应用需求。

村田丨NTC热敏电阻和晶体单元在汽车电气化中的应用

  村田推出其最新系列NTC热敏电阻——FTI系列,为汽车应用特别是功率模块提供创新的温度传感解决方案。这款先进的芯片型热敏电阻采用树脂模塑设计,提供电气绝缘,同时在极端温度条件下确保高性能。

村田丨NTC热敏电阻和晶体单元在汽车电气化中的应用

  FTI系列在-55°C到175°C的宽温度范围内提供可靠的操作,使其非常适合在SiC MOSFET和IGBT模块附近的苛刻应用。配备允许直接焊线的上电极,这些热敏电阻可以安装在靠近功率半导体器件的位置,大幅提升热响应的准确性。此外,树脂封装确保了基板与内部组件之间的电气隔离,可安全地与功率半导体一起集成到高压电极上。

  晶体单元的功能和汽车电气化应用

  晶体单元(Timing Device Crystal)是一种提供稳定频率(Clock)信号的组件,主要用于电子电路中的时间参考和同步控制。晶体单元的核心功能包括具有高稳定性,使其能够提供精准且稳定的频率,以确保电路系统的正常运行。此外,它具有低功耗特性,由于能耗低,非常适合电池供电的应用。同时,它具备抗干扰能力,可以在各种环境条件下保持可靠的振荡频率,使其适用于汽车应用等严苛环境。此外,它还可以提供温度补偿,例如某些晶体单元(如TCXO,温度补偿晶体振荡器)可以在宽温度范围内提供更高的频率稳定性。

村田丨NTC热敏电阻和晶体单元在汽车电气化中的应用

  随着汽车电子和电气化技术的快速发展,晶体单元已成为汽车电子系统中的核心组件之一。它们的主要应用领域包括汽车通信和网络系统,例如 CAN(控制器区域网络)、LIN(局域互联网络)和 Ethernet。这些车载通信协议需要精确的频率信号来确保数据传输的稳定性和同步性。此外,5G V2X(车联网)通信等技术需要超低抖动和高稳定性频率参考源,以支持高速车辆网络应用。

  在ADAS(高级驾驶辅助系统)和自动驾驶应用中,雷达和LiDAR系统需要高精度频率来同步数据处理,从而提高检测范围和分辨率。摄像头和图像处理单元(ISP,图像信号处理器)也需要稳定的频率以确保图像数据和车辆控制单元(ECU)的同步。

  对于电池管理和电力电子控制系统,电池管理系统 (BMS) 需要精确的频率控制,以监测和管理电池的充电和放电状态,从而确保电池的安全性和使用寿命。在电机和逆变器控制中,可靠的频率对于确保电力电子元件(如 IGBT 和 MOSFET)的同步运行至关重要,能够提高能源效率并减少电磁干扰 (EMI)。

  另一方面,在车载信息娱乐 (IVI) 系统中,车载导航 (GPS/GNSS) 系统需要高精度的频率同步以确保定位精度。数字仪表盘和车载显示屏需要稳定的频率以保持流畅的视觉效果和数据同步。

  在电动汽车(EV)充电管理中,直流快充和无线充电系统也需要准确的频率同步,以支持电能传输和通信协议(例如电力线通信,PLC),从而确保高效且安全的充电过程。

  晶体单元在汽车电气化应用中发挥着至关重要的作用,包括车内通信、自动驾驶、电池管理、信息娱乐和充电控制。随着电动车和智能驾驶技术的不断发展,对高稳定性、高耐温性和抗振动的晶体单元的需求将持续增长

  具有卓越品质和独特封装技术的晶体单元

  晶体单元利用晶体的压电效应生成特定频率。它们在IC和LSI中提供时钟信号方面不可或缺,具有高频率稳定性、无需调谐且尺寸紧凑的特点。如今,晶体谐振器被广泛应用于卫星和移动通信,以及汽车、电视、计算机和DVD播放器中,以满足多样化的应用需求。

  村田的CERALOCK晶振单元采用独特的封装技术,提供卓越的质量、大规模生产能力和成本效益。村田的汽车晶振单元满足下一代车载通信标准(如以太网/FlexRay)的需求,支持6 pF、8 pF和10 pF的负载电容(Cs)。产品系列还包括高驱动级别(600 μW)选项以及额定+125°C/+150°C的型号。

  对于汽车以太网(PHY),Murata的晶体单位支持±85 ppm标准,而对于FlexRay,则支持±250 ppm标准。它们符合汽车可靠性标准(AEC-Q200),通过了严格的测试,例如高温存储(+125°C,1000小时)、温度循环(-55°C到+125°C,1000循环)、湿度测试(+85°C,85% RH,DC 6V,1000小时)以及高温负载测试(+125°C,DC 6V,1000小时)。

  村田的晶体单元具有紧凑、高可靠性的封装,非常适合ECU小型化。例如,2.5 x 2.0 mm和2.0 x 1.6 mm的尺寸相比3.2 x 2.5 mm的尺寸缩小了超过60%。CERALOCK谐振器还具有出色的机械和气候抗性,包括抗冲击和抗跌落性能。

村田丨NTC热敏电阻和晶体单元在汽车电气化中的应用

  此外,Murata在生产过程中采用独特的颗粒筛选技术,以识别和消除可能降低单元性能的缺陷产品。该设计还便于实现自动光学检测(AOI),其角部电极形状可提高焊缝的可见性。

村田丨NTC热敏电阻和晶体单元在汽车电气化中的应用

村田丨NTC热敏电阻和晶体单元在汽车电气化中的应用

  村田的汽车晶体单元系列包括XRCGE_M_F、XRCGB_F_C、XRCGE_F_A、XRCGA_F_A和XRCGB_F_A系列,适用于各种汽车应用。

  结 论

  随着汽车电气化和智能技术的不断发展,NTC热敏电阻和晶体单元在车辆系统中扮演着关键角色。NTC热敏电阻凭借其卓越的温度感测和保护能力,确保电池管理系统和电力电子在不同条件下的稳定运行,从而提高整车的安全性和效率。晶体单元以其高精度和低功耗,为车载通信、自动驾驶和信息娱乐系统提供稳定的频率信号,确保电子元件之间的精确同步。展望未来,随着技术的进步以及汽车电子系统需求的增长,这些关键组件将继续推动电气化和智能驾驶的发展。村田的NTC热敏电阻和晶体单元解决方案为汽车电气化应用提供了所需的安全性和稳定性,使其值得进一步探索和采用。

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2026-09-16 14:05 阅读量:350
村田丨毫米波雷达,未来发展的潜力是与传感器融合!
  一般来说,雷达(RaDAR:Radio Detection And Ranging)是一种通过向目标物体发射电磁波(电波)并测量从目标物体反射回来的电波来检测与目标物体之间的距离和方位的装置。因此,毫米波雷达是指使用毫米波作为电波的雷达。与红外线和摄像头相比,毫米波雷达即使在雨、雪、雾等恶劣天气条件下也能保持检测能力,不仅可以检测与目标物体之间的距离和方位,还能检测目标物体的移动速度。本文介绍具有此类特征的毫米波雷达的检测原理、应用事例及其未来发展潜力。  01  什么是毫米波?  图1显示了毫米波(也写作“mmWave”)在电波分类中所处的范围。一般来说,它指的是频率在30GHz到300GHz之间、波长在1mm到10mm之间的电波,之所以称为“毫米波”,是因为其波长以mm(毫米)为单位。(注:实际上,毫米波的频率范围并没有严格的定义。例如,目前全球分配给5G通信的26GHz频带和28GHz频带也被视为毫米波。)  图1 按频率分类的电磁波分类  毫米波具有强直线传播性和可以确保宽频带宽的特征,总结如以下两个方面:  直线传播性:  如图1所示,由于毫米波的频率接近光的频率,因此它像光一样具有很强的直线传播性,由此可以得出以下结论:  由于墙壁等物体的遮蔽以及非常恶劣天气的影响,毫米波的强度会衰减  也由于这个原因,毫米波不适合远距离通信  在短距离通信中,毫米波与近处的毫米波系统之间不容易发生干扰  可以穿透布料和树脂等  频带宽  毫米波频带是一个尚未开发的领域,且是一个需求量很少的频带,因此可以确保较宽的频带宽。(目前,比GHz更低的频率范围基本上都已被使用,确保带宽会受到电波法和商业因素的限制。)  在雷达中,增加频带宽有助于提高距离检测(参照第2节)的精度,因此可以说频带宽是一项重要的规格。另外,在移动通信等当中,增加频带宽有助于实现通信速度的高速化。  02  毫米波雷达的方式及特征  如前所述,毫米波雷达向目标物体发射毫米波,并接收来自目标物体的反射波以检测对象物体位置的装置,能检测的上限为大约300m范围内的物体。  目前,低功率雷达可以使用的频带有24GHz频带、60GHz频带、76GHz频带和79GHz频带,每个频带都规定了各自的技术条件。其中,24GHz频带的波长为12.5mm,不在毫米波定义的10mm至1mm范围内,因此有时被称为“准毫米波”;毫米波频带(60GHz频带、76GHz频带和79GHz频带)具有较宽的带宽,因此能够进行高精度检测。  脉冲方式和FMCW方式是毫米波雷达的代表性方式。FMCW是Frequency Modulated Continuous Wave的缩写,意思是使用对频率进行调制后的连续波的方式。两种方式的特征及相互对比如下:  脉冲方式:  向目标物体发射宽度很短的脉冲,脉冲宽度从几十纳秒到几微秒不等,通过测量到接收到反射脉冲为止的时间来确定与目标物体之间的距离、速度和角度(图2)。该方式的检测原理简单,电路构成也比FMCW方式更简单。  FMCW方式:  这种方式向目标物体发射对连续波进行频率调制后的发送波,然后从发送波与反射波之间的频率差来确定与目标物体之间的距离、速度和角度。此外,它还可以测量与目标物体之间的相对移动速度(图2)。  图2 通过毫米波雷达检测目标物体的示意图  图3显示了FMCW方式发射波的示意图。它有时被称为Chirp波形。  图3 Chirp波形的示意图(Chirp指鸟鸣)  03  FMCW方式毫米波雷达:构成和检测  毫米波雷达有多种方式,但基本都是从FMCW方式发展而来的方式。因此,下面将对FMCW方式毫米波雷达的构成和目标物体检测的大概原理进行说明。尽管它构成简单,但可以获取距离、速度和角度等复合信息。  图4 通过毫米波雷达进行的目标物体检测  毫米波雷达的构成  毫米波雷达主要由以下几部分构成:  合成器:生成待发送的毫米波频带电波(发送波)  发射天线:发射发送波  接收天线:接收反射波  混频器:将发射信号和接收信号进行组合  DSP:即数字信号处理装置,实施计算处理  检测的原理  毫米雷达波的检测原理主要包括这四个步骤:  发送波的生成:通过合成器生成毫米波频带的发送波。  毫米波的发射:将发送波从发射天线连续发射至目标物体。  反射波的接收:通过接收天线接收从目标物体返回的反射波。  计算处理:通过混频器将发送波和反射波进行组合,经A/D转换器转换为数字信号,再通过DSP进行计算处理,以确定与目标物体之间的距离、角度和速度等。  04  毫米波雷达应用事例  在第3节中说明的FMCW方式毫米波雷达已被应用于很多现场。这里,我们将以汽车、工业机器人和无人机为例,对它的应用场景及贡献的功能进行说明。  用途:汽车  在汽车领域,通过毫米波雷达检测车辆周边的障碍物和其他车辆,由此能够实现自动刹车和车道保持辅助等功能,毫米波被认为对实现L2级自动驾驶(部分自动驾驶)不可或缺。此外,监控驾驶员和乘客的状态以及是否有儿童被遗忘在车上也被作为提高安全性所不可或缺的功能而备受关注。  工业机器人  通过在工业机器人手臂上配备毫米波雷达,可以检测手臂与人或物体之间的距离,并可检测速度和角度数据,从而实现诸如停止手臂运动等预设动作。此外,还可以实现自主移动,例如,AMR(Autonomous Mobile Robot:自主移动机器人)可以在行走时避开货架、墙壁、行人以及多种工业设备等障碍物。  无人机  无人机,尤其是飞越有人地带的无人机,需要高度的安全性。通过使用毫米波雷达探测飞行路径,可以探测与地面之间的距离、柱子、墙壁以及电力线、电话线和布置在空中的天线等物体,不受天气条件的限制,从而确保在有人地带进行安全飞行。  05  毫米波雷达在安全技术中的应用  毫米波雷达已被应用在多个领域,近年来,在欧洲进行汽车安全性能评估的Euro NCAP提出了强化碰撞安全试验,因此,毫米波雷达在提高车内安全性的“座舱监控系统”中的应用备受关注。  Euro NCAP(European New Car Assessment Programme)是欧洲新车安全评鉴协会)的缩写。该协会是一个对在欧洲销售的新车的安全性进行评估和发布的独立机构。它对碰撞安全性和行人保护等前沿安全技术进行测试和评级,已成为消费者选车的指标。另外,NCAP在各国都有,例如,在美国有IHS rating,在日本有JNCAP。  2023年,Euro NCAP发表了新的评估项目。除了根据乘员体格自动展开安全气囊的技术以及检测安全带使用情况的技术外,为了预防近年来“因儿童被遗忘在车内而导致的中暑事故”,评估对象中还新增了儿童遗忘检测功能。为了满足这些要求,能够掌握车内状况的座舱监控系统不可或缺。  座舱监控系统是一种利用车内传感器监控驾驶员和乘员的状况,并在需要时启动制动或警报的机制。它由驾驶员监控系统DMS(Driver Monitoring System)和乘员监控系统OMS(Occupant Monitoring System)组成,驾驶员监控系统用于确认驾驶员的身体状况和注意力,乘员监控系统用于掌握乘员的位置和行动。传感器中一直在使用摄像头,但在许多情况下,仅靠摄像头难以检测到,例如后向式儿童安全座椅上的婴儿、裹在毯子里的乘员以及安全带的佩戴状况等。  在这些情况下,作为补充和替代摄像头的装置(传感器),毫米波雷达被认为很有前景。毫米波雷达能够穿透织物和座椅靠背,因此可以检测到“摄像头无法看到的对象”。此外,它对于微小的动作也能捕捉到,因此对于心率和呼吸等生理功能的轻微变化也能检测。凭借这些特征,毫米波雷达有望为大幅提高座舱监控系统中的DMS和OMS的功能做贡献,并有助于符合Euro NCAP要求的新安全标准。  06  总结:毫米波雷达的未来是与传感器融合  毫米波雷达是一种具有优良检测能力的装置——传感器,但为了满足今后多样化的检测需求,将包括毫米波雷达在内的超声波传感器、红外传感器和摄像头等多种传感器相组合的“传感器融合”至关重要。  传感器融合是一种整合来自多个传感器的数据,以获取单个传感器无法获取的信息的技术。例如,通过将毫米波雷达与图像传感器相组合,不仅可以从人体运动中获取驾驶员的疲劳程度和注意力水平信息,还可以从眼球运动和面部表情中获取信息,并根据需要发出警报。  将来,除了汽车外,在工业机器人、无人机和多种出行设备中,以毫米波雷达为中心的传感器融合技术也有望大幅提高周边状况的识别精度、安全性和可靠性。
2026-09-16 13:05 阅读量:363
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