Flerlagersinduktorer har en viktig roll i tillämpningar för PoC inom fordonsindustrin

De nyare fordonen i mellan- och högprissegmentet som färdas längs motorvägarna använder sannolikt PoC-kablar (Power over Coax) för att överföra den ström och data som behövs i elektroniska system med hög bandbredd, och för att minska den totala vikten och komplexiteten i kabeldragningen. Även billigare fordon börjar använda PoC-teknik, i takt med att tillämpningar för infotainment och förarassistans blir allt vanligare på marknaden.

Backkameror och automatisk nödinbromsning är nu obligatoriska i alla fordon på den amerikanska marknaden, oavsett pris. PoC-kablage är ett enklare och mer kostnadseffektivt sätt att överföra både ström och data via en enda kabel (figur 1). Genom att minska vikten, kan tekniken bidra till att förbättra bränsleeffektiviteten för bensindrivna fordon och räckvidden för elfordon. Enklare färdiga kablar kan också bidra till att minska tidsåtgången och arbetsinsatsen vid installation och underhåll, sänka materialkostnaderna och öka skalbarheten i en tillverkares hela produktsortiment.

Figur 1: Schematisk bild av ett typiskt överföringssystem för PoC. (Bildkälla TDK Corporation)

Att kombinera signaler och ström i en enda koaxialkabel innebär till sin natur störningar, så PoC-tillämpningar för fordonsindustrin behöver filterinduktorer med hög impedans för att garantera driftsäkerheten i komplexa elektroniska system. Korrekt impedansanpassning är avgörande för att undvika spänningsfall, strömförlust och dataförlust som kan påverka fordonets drift på ett negativt sätt.

Flerlagersinduktorer blir alltmer oumbärliga för sin förmåga att garantera rena signalöverföringar. De har hög induktans och impedans i mycket kompakta format som uppfyller kraven på utrymmesbesparing när fordonstillverkare ökar mängden inbyggd elektronik.

Hur PoC överensstämmer med kraven i fordonstillämpningar

PoC effektiviserar leveransen av ström och data via en enda kabel, vilket sparar materialkostnader med färre komponenter och minskar antalet potentiella felkällor.

Tekniken kan lättare skalas upp för att stödja ytterligare funktioner, vilket är avgörande när monteringsföretag måste lägga till fler sensorer och annan elektronik för infotainment och säkerhet, inklusive allt mer sofistikerade system för avancerad förarassistans (ADAS). Toppmoderna fordon går från att ha obligatoriska funktioner till att erbjuda förstklassiga funktioner som autonom körning på nivå 2, kameravyer i 360 grader och automatiserad fickparkering och vinkelrät parkering.

Det kräver kapacitet att hantera dataöverföringar med hög hastighet, video med hög upplösning och kommunikation i realtid. Den höga bandbredden och höga frekvensen för PoC är avgörande för implementering av avancerade fordonssystem som i allt högre grad bygger på kombination av flera sensorer, 5G-uppkoppling, centraliserade dataarkitekturer och kapacitet för databehandling i molnkanten. PoC kan stödja standarder för fordonsindustrin som FPD-Link III med upp till 4 Gbit/s per länk och Ethernet-överföring för fordon med upp till 10 Gbit/s.

Tillämpningar inom fordonsindustrin måste konstruera för att uppfylla strikta standarder, särskilt när det gäller elektromagnetiska störningar från högfrekventa källor i ett typiskt fordon, som t.ex. tändsystem och elmotorer. Elektromagnetiska störningar kan störa viktiga säkerhets- och infotainmentsystem som hjälper förare att undvika kollisioner, hålla sig i körfältet och sakta ner eller stanna när fordon, fotgängare eller andra hinder är i vägen.

Skärmad koaxialkabel ger ett visst skydd mot elektromagnetiska störningar, men eftersom PoC överför både ström och datasignaler krävs filter för att förhindra överhörning och potentiell systeminstabilitet. En kondensator på signalledarens sida används för att blockera ström från likströmsförsörjningen och en filterinduktor på strömledaren förhindrar störningar av bredbandssignaler.

Filterinduktorer på strömledningen dämpar brus och garanterar signalens integritet genom att blockera störningar samtidigt som likströmmen kan flöda. De kompletteras med ytmonterade ferritpärlor som dämpar elektromagnetiska störningar, minimerar överhörning och tillhandahåller lokal filtrering.

Ytmonterade ferritpärlor och filterinduktorer arbetar tillsammans för att garantera en sömlös överföring av ström och datasignaler med hög frekvens via en enda koaxialkabel. Varje komponent har en kompletterande roll när det gäller att hantera störningar och bibehålla signalens integritet. Detta är avgörande för att säkerställa en ren strömförsörjning och stabil datakommunikation, vilket är viktigt för tillförlitligheten och effektiviteten i PoC-tillämpningar för fordonsindustrin.

Induktorns roll i PoC-system

Vanliga induktorer baserade på spolar kan användas för att blockera datasignaler med hög frekvens från strömledningen och samtidigt släppa igenom likström, men de kan vara skrymmande och fungerar dåligt i det högfrekvensområde som krävs i PoC-tillämpningar. Ett typiskt PoC-filter består av fyra induktorer tillsammans med ytmonterade ferritpärlor, och tar upp värdefullt utrymme på ett kretskort.

Flerlagersinduktorer är mycket kompakta och bättre lämpade för de utrymmesbegränsade behoven i fordonstillämpningar. De tillverkas genom att stapla lager av ledande och isolerande material för att bilda en kompakt monolitisk struktur, vilket gör dem perfekta för användning i fordonssystem.

Vid valet av en optimal flerlagersinduktor måste produktutvecklare balansera prestanda, storlek och tillförlitlighet för att garantera en effektiv strömförsörjning och dataintegritet. Högfrekventa datasignaler i PoC-system kräver induktorer med konsekvent hög impedans över stora frekvensområden, vanligtvis i MHz- till GHz-området, för att dämpa störningar på ett effektivt sätt. Låg likströmsresistans (DCR) är också avgörande för att minimera effektförluster, särskilt i tillämpningar som t.ex. elbilar.

Konstruktörer bör ta hänsyn till störningarna i miljön och kan välja att sätta ihop flerlagersinduktorer med ytmonterade ferritpärlor för en förbättrad dämpning av elektromagnetiska störningar. En flerlagersinduktor och två ytmonterade ferritpärlor kan ersätta den tidigare nämnda kombinationen med fyra induktorer, vilket avsevärt minskar den kretskortsyta som krävs.

Flerlagersinduktorer för PoC-tillämpningar är konstruerade för att uppfylla strikta fordonsstandarder, som t.ex. AEC-Q200, och ger överlägsen dämpning av elektromagnetiska störningar vid höga frekvenser. De tillverkas med hjälp av avancerade processer som är skalbara för högvolymproduktion av bilar.

Induktorer i serien MLJ-G från TDK

TDK Corporation har ett stort sortiment av induktorer för filterkretsar som är utformade för att uppfylla de strikta kraven i PoC-tillämpningar för fordonsindustrin. Serien MLJ-G finns i två produktgrupper som båda har hög impedans för de växelströmskomponenter som används i avancerade system för förarassistans, och har dessutom alternativ för olika tillämpningar. Induktorerna är tillverkade enligt specifikationer för fordonsindustrin, har en lång livslängd och är tillräckligt robusta för att tåla de stötar som är vanligt förekommande i fordon.

De nyare induktorerna i serien MLJ1005-G, som MLJ1005WGHR27PTD25 (figur 2), har måtten 1 × 0,5 × 0,5 mm. De tål upp till 480 mA ström och uppnår hög impedans vid höga frekvenser med minimal försämring för att klara ökade dataöverföringshastigheter i PoC-implementationer inom fordonsindustrin, som t.ex. kamerasystem som använder SerDes-överföring.

Figur 2: Representativ bild av en induktor i serien MLJ-1005-G från TDK. (Bildkälla: TDK Corporation)

Induktorerna i serien MLJ1608-G är något större, 1,6 × 0,8 × 0,8 mm, och har en balans mellan storlek och prestanda. MLJ1608WGCR56NTD25 klarar t.ex. ström på upp till 500 mA och uppvisar en minskad impedansvariation vid strömtillförsel jämfört med konventionella flerlagersinduktorer.

Serien MLJ1608-G uppnår en maximal impedans på 2500 Ω och bibehåller nivåer över 1000 Ω i ett frekvensområde mellan 300 MHz och 2 GHz, vilket filtrerar bort högfrekventa störningar på ett effektivt sätt. De fungerar tillförlitligt vid mekaniska vibrationer och inom ett temperaturområde från -55 °C till +125 °C, vilket uppfyller fordonsindustrins standarder.

Produktsortimentet MLJ-G använder ferritmaterial med låga förluster som absorberar och sprider elektromagnetiska störningar för att garantera minimal energiavledning, vilket är avgörande för att upprätthålla signalens integritet i fordonsmiljöer med hög frekvenser. Med lågt likströmsresistans minimerar de energiförlusterna och garanterar en effektiv strömförsörjning även i kompakta, högeffektiva fordonskonstruktioner.

Sätta ihop ytmonterade ferritpärlor med induktorer

Konstruktörer kan förbättra sina PoC-tillämpningar för fordonsindustrin genom att välja störningsdämpande ytmonterade ferritpärlor som kompletterar induktorerna i serien MLJ-G.

Serien MMZ med ytmonterade ferritpärlor från TDK är konstruerade för både signal- och strömförsörjningskretsar. De har hög impedans i ett stort frekvensområde, vilket gör dem lämpliga för att dämpa störningar med höga frekvenser. Serien MPZ är optimerad för strömledningar i fordon och har en låg likströmsresistans och hög strömhanteringsförmåga för att bibehålla strömintegriteten i PoC-kretsar.

Sammanfattning

Induktorer i serien MLJ-G, tillsammans med serierna MMZ och MPZ med ytmonterade ferritpärlor från TDK, är konstruerade för att uppfylla de strikta kraven för PoC-tillämpningar inom fordonsindustrin, vilket garanterar en tillförlitlig drift och signalintegritet när tillverkare fortsätter att lägga till tillämpningar för säkerhet och infotainment som förlitar sig på signaler med hög frekvens och bandbredd.