I progettisti di elettronica automobilistica devono fare fronte a molte sfide tecniche durante il processo di progettazione del sistema. La prima tra queste è la protezione di bus e circuiti da una varietà di pericoli elettrici. Tra gli esempi di questi rischi elettrici figurano le scariche elettrostatiche, i picchi di commutazione, la manovella di avviamento, i sovraccarichi, l'interruzione della bobina di accensione e il decadimento del campo dell'alternatore.
Tutti questi impulsi sono inclusi nello standard ISO7637-2 e sono transienti definiti dal settore. La risoluzione di queste sovracorrenti transienti che possono danneggiare e disabilitare le unità di controllo, l'elettronica di infotainment, i sensori, gli iniettori, le valvole e i motori del veicolo è uno dei problemi difficili del processo di progettazione.
La comunicazione tra componenti diversi nei veicoli hanno per lungo tempo fatto affidamento su numerosi bus diversi per comunicare le informazioni tra i sistemi. Per anni Littelfuse è stato il fornitore affidabile di array e diodi TVS (Transient Voltage Suppression) per la protezione di questi sistemi. Tra questi bus vi sono Local Interconnect Network (LIN), un protocollo di rete seriale utilizzato per la comunicazione tra i componenti nei veicoli e il bus CAN (Control Area Network), uno standard per i veicoli progettato per consentire ai microcontroller e ai dispositivi di comunicare tra loro in un veicolo senza bisogno di un computer host. Entrambi sono relativamente a bassa velocità, rispettivamente 40 kbit/s e 1 Mbit/s. Per attivare la funzionalità multimediale e le telecamere di assistenza per il conducente, era necessario un bus più veloce. È qui che sono entrate in gioco Ethernet (per alcune delle auto più nuove che utilizzano il bus Ethernet a 100 Mbps basato sulla piattaforma BroadR-Reach®) e le porte di dati USB (Universal Serial Bus), che vengono utilizzate per fornire "informazioni" e "intrattenimento" (infotainment) ai passeggeri.
Ethernet offre una riduzione dei costi di cablaggio ed è più adatta ai nuovi requisiti di ampiezza di banda larga menzionati sopra. Gli standard descritti in IEEE 802.1 e 802.3 definiscono la tecnologia Ethernet e hanno consentito lo sviluppo di ulteriori standard e specifiche (sia lo strato fisico sia l'accesso multimediale) che hanno consentito ai protocolli Ethernet di evolvere e stare al passo delle richieste estese delle reti moderne. La tecnologia Ethernet è ben definita e compresa al di fuori dell'ambiente automobilistico e integrarla nelle automobili è il passo logico successivo.
Queste nuove porte di dati USB, insieme all'adozione di Ethernet, si stanno rapidamente diffondendo nei sistemi elettronici automobilistici in seguito all'aumento dei veicoli collegati sicuri e alla conseguente richiesta elevata di trasferimento di dati. Questi bus devono essere protetti dall'ambiente elettrico dell'automobile, proprio come i bus e le porte precedenti avevano bisogno di protezione dai picchi di tensione transienti. Le soluzioni devono avere caratteristiche quali tempi di risposta molto veloci e valori RDYN bassi (per tensioni di bloccaggio basse), capacità ridotta e corrente di dispersione bassa. Gli array e i diodi TVS di Littelfuse sono soluzioni ideali per la protezione delle nuove porte di dati e dei bus Ethernet dalle varie minacce di tensione transiente enumerate sopra. Gli array e i diodi TVS possono rispondere agli eventi di sovratensione più rapidamente rispetto alla maggior parte di altri tipi di dispositivi per la protezione dei circuiti e sono disponibili in una varietà di formati di circuiti montati su superficie. Solitamente i dispositivi TVS vengono sistemati il più vicino possibile al connettore della porta. Quando si verifica un evento transiente, il giunto del diodo TVS ha un effetto "valanga" e fornisce un percorso di impedenza bassa per deviare la corrente transiente alla terra senza arrecare danni al dispositivo e limita la tensione (spesso denominato dispositivo di "bloccaggio") a un livello che i componenti e i processori del circuito possono sostenere. Oltre alla necessità di garantire la protezione dagli eventi transienti, l'integrità del segnale del pacchetto di comunicazione deve essere mantenuta, facendo sì che questi dispositivi TVS abbiano una capacità molto bassa.
Littelfuse offre la più ampia gamma di array e diodi TVS (con certificazione AEC-Q101) sul mercato per aiutare i progettisti del sistema elettronico automobilistico a proteggere i circuiti dagli eventi transienti. Come con i componenti dell'array e i diodi di protezione TVS precedenti di Littelfuse, tutti i dispositivi di protezione bus più recenti soddisfano lo standard qualitativo del settore per i semiconduttori separati (AEC-Q101) e sono disponibili per risolvere eventuali problemi transienti. Destinate specificamente ai bus Ethernet e alle porte di dati USB più recenti (Figura 1) nelle automobili sono le linee di prodotti SP3012, SP3014 e SP3022.
Figura 1. Schema di protezione standard per una porta USB 2.0
La bassa capacità di carico (sotto 1 pF) la rende la soluzione ideale per la protezione delle linee di segnale ad alta velocità come USB 2.0 ed Ethernet 1 Gb con una resistenza dinamica estremamente bassa (le serie SP3012 e SP3014 offrono la resistenza dinamica più bassa sul mercato producendo la tensione di bloccaggio minima per prestazioni di bloccaggio eccezionali) per proteggere i chipset all'avanguardia più sensibili dai transienti di scariche elettrostatiche. Le correnti di dispersione basse sono un vantaggio extra e la scarica di contatto varia da ±12 kV a ±20 kV. Le soluzioni sono disponibili in una varietà di dispositivi montati su superficie standard del settore (Figura 2) che consentono un instradamento e un posizionamento efficaci dei circuiti stampati.
Figura 2. Pacchetti montati su superficie di componenti TVS
Quando si selezionano i diodi TVS, tra i parametri importanti da considerare figurano la tensione di standoff inversa (VR), la corrente di impulso di picco (IPP) e una tensione di bloccaggio massima (VC max). Gli esempi delle capacità dei diodi TVS Littelfuse includono una resistenza da sovracorrente incrementale bassa, la disponibilità delle polarità unidirezionali e bidirezionali, le tensioni di standoff inverse che variano da 5 V a 495 V e le potenze nominali di picco che vanno da 400 W a 30 kW. Consultare la guida alla selezione dei diodi TVS, la nota dell'applicazione dei diodi TVS automobilistici e la guida alla selezione degli array di diodi e TVS certificati AEC-Q101 per ulteriori informazioni sulla selezione di questi dispositivi e per visualizzare l'offerta completa di diodi TVS di Littelfuse nei pacchetti montati su superficie e nei conduttori assiali standard del settore. (Figura 3)
Figura 3. Diodi TVS automobilistici nei pacchetti standard del settore
Littelfuse ha fornito per molto tempo al settore automobilistico soluzioni affidabili per contribuire alla protezione dell'elettronica automobilistica sensibile in quattro categorie principali dei sistemi dei veicoli: sicurezza, prestazioni ed emissioni, comfort e praticità e veicoli ibridi. Littelfuse vanta oltre 80 anni di esperienza nella protezione dei circuiti e ha approfondito la conoscenza delle applicazioni lavorando con i clienti leader del settore. Grazie alla collaborazione con i progettisti per fornire array e diodi TVS con una tensione di bloccaggio bassa, più dimensioni di pacchetti e una durata illimitata, Littelfuse sarà il fornitore affidabile di prodotti TVS per molti anni a venire.
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