自動車用途における接続性とADASが革新と開発を推進します
自動車産業がインテリジェンスと電動化の新時代に踏み出す中、コネクティビティと先進運転支援システム (ADAS) は次世代自動車アプリケーションを推進する2つの主要なエンジンとなっています。コネクティビティと自動運転技術の革新は、「人間が制御する」から「機械が制御する」運転シナリオへの移行を加速させ、旅行の安全性と利便性を向上させるだけでなく、自動車業界のエコシステムの包括的な変革を促進し、新たな未来のモビリティの風景に貢献しています。この記事では、コネクティビティとADASによって推進される自動車アプリケーションの革新、およびLittelfuseが提供する関連ソリューションについて紹介します。
高度なエレクトロニクスが次世代自動車のアプリケーションで革新を推進
先進的な電子機器は、次世代の自動車アプリケーションにおける革新を促進しており、幅広い技術とアプリケーションを網羅しています。これには以下が含まれます：
- スマートインフォテインメントと通信
- ナビゲーション
- 多目的カメラ
- ドメインコントローラーアーキテクチャとゾーンコントローラーアーキテクチャを備えたドメイン制御ユニット
- V2X通信、レーダー、緊急通報（eCall）、およびセンサーフュージョンを備えた先進運転支援システム（ADAS）
- バッテリーマネジメントとパワートレインシステム
- オンボードチャージャー、トラクションモータインバーター、DC/DCコンバーター
- CAN、LIN、USB通信プロトコルを備えたネットワークシステムと車体電子機器
- シートベルト安全、タイヤ圧力モニタリング、バッテリーディスコネクト、キーレスエントリー、照明制御、燃料レベル検知を備えた車体と安全システム
図1: EVにおけるシステムと技術
接続性およびADASアプリケーションの安全性に向けた包括的な保護
Littelfuseは、図2に示されているように、コネクティビティおよびADASアプリケーション向けの幅広いソリューションを提供しています。たとえば、マルチパーパスカメラには、従来の1回限りのヒューズ、ポリマー正温度係数（PPTC）リセット可能ヒューズ、バリスタ、過渡電圧抑制（TVS）ダイオードを使用できます。V2X通信には、1回限りのヒューズ、PPTCヒューズ、ポリマーESDサプレッサー、ショットキーダイオードが適用可能です。緊急呼び出しシステムには、従来のヒューズ、PPTCヒューズ、バリスタ、TVSダイオードを利用できます。スマートインフォテインメントシステムには、ヒューズ、PPTCヒューズ、バリスタ、ショットキーダイオードを使用できます。センサーフュージョンにはTVSダイオード、TVSダイオードアレイ、ショットキーダイオードが役立ちます。レーダーアプリケーションには、ヒューズ、PPTCヒューズ、TVSダイオードアレイ、ポリマーESDサプレッサーを使用できます。ドメインコントローラーには、ヒューズ、PPTC、TVSダイオード、金属酸化物バリスタ（MOV）が組み込まれています。
図2: EV回路の保護コンポーネント
過電流保護
これらのサブシステムの回路における過電流保護のためのLittelfuseソリューションには、シリーズ437A、438A、または440Aの一回限りのヒューズが含まれます。これらは、高I2t値を持ち、高い突入電流に耐えることで不要なヒューズの開放を防ぐ速断ヒューズです。電流定格は8 Aまで、電圧定格は125 Vまで対応可能です。ヒューズは表面実装パッケージに収められており、PCBスペースを節約します。さらに、-55 °Cから150 °Cまでの広い温度範囲を持ち、自動車環境でも耐えられるように設計されています。AEC-Q200認定は、車両での使用における堅牢性を示しています。 リセット可能なヒューズが必要な場合、Littelfuse ASMDおよびminiASMD PPTCリセット可能ヒューズは信頼性の高い過電流保護を提供します。これらのヒューズは回路や配線を保護できます。最大60 Vの定格を持つ回路で動作でき、保持電流は最大2.6 Aに達します。一回限りのヒューズと同様に、ASMDシリーズヒューズもAEC-Q200認定を受けています。miniASMDシリーズヒューズのモデルは、超小型フットプリントで、1812表面実装パッケージを備えています。
過渡電圧とESD保護
Littelfuseには、過電圧およびESD保護のための複数のソリューションがあります。CANbusやその他の高速データラインなどの通信回線向けには、AQ24COM-02およびAQ3102 TVSダイオードアレイがESD保護を±30 kVまで提供する例のコンポーネントです。これらはまた、ケーブル放電事象（CDE）、電気的ファストトランジェント（EFT）、雷サージからも保護します。これらのデバイスは、高周波信号の歪みを最小限に抑えるために低容量です。AQ24COM-02の容量は13 pf、AQ3102の容量は1 pFです。図3は、これらのTVSダイオードアレイによって提供される2ライン保護を示し、表面実装パッケージを示しています。
図3: AQ24COM-02およびAQAQ3102 TVSダイオードアレイのパッケージおよび回路図
AQ24COM-01シリーズのTVSダイオードアレイは、LINバスをESDおよびサージの過渡から保護します。AQ24CANFDシリーズのTVSダイオードアレイは、FlexRayバスをESDおよびサージの過渡から保護します。AQ3045、SP3522、AQ3400などのTVSダイオードアレイや、SESDディスクリートデバイスおよびSESDアレイは、高速シリアルリンクをESDおよびサージの過渡から保護します。これらのコンポーネントオプションは、GPS、Lidar、レーダー、カメラ回路を含む複数のセンサーフュージョン入力に対するESD保護を提供します。 自動車回路用の入力側保護には、より高出力のTVSダイオードが必要です。SZ1SMBシリーズは、600Wのピークパワーパルスに耐えることができるTVSダイオードの例です。また、最大30kVのESDストライクを安全に吸収することができます。このコンポーネントは、過渡に1ns未満で応答します。5µA未満の低漏れ電流は、消費電力を最小限に抑え、回路効率を向上させます。 これらのTVSダイオードは、単方向または双方向であり、表面実装パッケージを備えており、AEC-Q101に適合しています。SZ1SMB、SLD8S、SZSMF4Lシリーズなどの他のTVSダイオードファミリーは、より高い電力耐性、より速い応答時間（< 1ps）、およびISO 7637-2保護を含む仕様を備えた、より堅牢な保護を提供します。 アナログ計測回路用には、AXGDおよびSESDシリーズのポリマーESDサプレッサーがESD保護を提供します。AQ24CANA、AQ24CANFD、AQ24COM-02、AQ3102シリーズのTVSダイオードアレイ、およびAXGD1シリーズのポリマーESDサプレッサーも、ESD保護のオプションです。 過電圧の過渡保護の代替としては、MOVがあります。MLA Automotive Varistorシリーズは、500Aのサージ電流または2.5ジュールのエネルギーパルスに耐えます。これらのバリスタは、SAE J1113仕様に準拠するロードダンプエネルギーレーティングを吸収でき、AEC-Q200に適合しています。
通信と電源保護により安定したシステム運用を確保
インフォテインメントシステム
車載スマートインフォテインメントシステムには、過電流保護および過渡電圧保護が必要です。DC充電ポートと5 VDC電源は、上記のように従来のヒューズやPPTCリセット可能ヒューズを利用できます。前述のTVSダイオードとバリスタは、ロードダンプおよびESDの二次保護を提供できます。 AQ1005およびAQ3045シリーズのTVSダイオードアレイは、インフォテインメントデータラインをESDから保護します。AQ3045、AQ3118E/AQ3130EシリーズのTVSダイオードアレイ、およびAXGDシリーズのポリマーESDサプレッサは、アンテナ、Wi-Fi、その他のチップセットのESD保護に適しています。AQ1005、AQ3118E/AQ3130EシリーズのTVSダイオードアレイ、MLA Autoシリーズのバリスタ、およびAXGDシリーズのポリマーESDサプレッサは、Bluetooth、GPS、V2XモジュールのESD保護に適用可能です。
センサーフュージョン回路
センサーフュージョン回路では、SZ1SMBやSZSMF4LシリーズのTVSダイオードが電源の過電圧保護を提供します。DSTシリーズのショットキーダイオードは、逆電流遮断/出力整流をサポートします。TVSダイオードアレイやポリマーESDサプレッサー、例えばAQ3400、AQ3102シリーズ、およびAXGD1シリーズは、高速データラインのESD、CDE、EFT、雷によるサージからの保護を目的としています。 センサーフュージョン回路の異なる種類のデータラインには、ESD保護が必要です。AQ24COM-02シリーズのTVSダイオードアレイはCANバスを保護します。AQ24COM-01シリーズのTVSダイオードアレイは、LINバスをESDおよびサージトランジェントから保護します。AQ24CANFDシリーズのTVSダイオードアレイは、FlexRayバスをESDおよびサージトランジェントから保護します。AQ3045、SP3522、およびAQ3400のようなTVSダイオードアレイ、およびSESDディスクリートデバイスとSESDアレイは、高速シリアルリンクをESDおよびサージトランジェントから保護します。これらのコンポーネントオプションは、GPS、ライダー、レーダー、カメラ回路を含む複数のセンサーフュージョン入力にESD保護を提供します。
レーダー
レーダーシステムには、過電流および過渡電圧保護が必要です。従来のワンタイム・ヒューズまたは前述のリセット可能なヒューズが適しています。SZ1SMB、SLD8S、およびSZSMF4LシリーズのようなTVSダイオードは、電源に対する過電圧保護を提供します。AQ3045シリーズのダイオードアレイは、波形発生器に対する静電気放電（ESD）保護を提供します。AXGDおよびAQ3118E/AQ3130EシリーズのようなポリマESD/TVSダイオードアレイは、アンテナに対するESD、CDE、EFT、雷によるサージからの保護も提供します。
図4: 現在および将来の自動車制御アーキテクチャ
車載機能アーキテクチャの進化が新世代車両の開発を促進する
車内機能アーキテクチャの進化は、新世代の車両アーキテクチャの開発も促進しています（図4）。移行は分散制御、複数ノード、中央ゲートウェイを介した内部通信を備えた分散型アーキテクチャから、ドメイン集中型アーキテクチャへと進んでいます。このアーキテクチャでは、機能を専用のドメインに統合するドメインコントロールユニット (DCU) が含まれます。高度なゲートウェイがDCU間のルーティングを処理します。将来的には、高性能コンピュータが仮想化機能を実行するゾーンアーキテクチャが予測されており、ゾーン依存のセンサー/アクチュエータエンジンコントロールユニット (ECU) を備えています。高度なゲートウェイが複雑なルーティングを管理します。 自動車アプリケーションでは、ドメインコントローラーは特定のエリアやドメインに関連する一連の車両機能を制御するコンピュータです。ドメインコントローラーが必要な機能ドメインは、通常、計算集約型であり、多数の入出力 (I/O) デバイスに接続されます。例としては、アクティブセーフティ、ユーザーエクスペリエンス、ボディおよびシャーシエレクトロニクスが含まれます。 これらの新しい制御アーキテクチャの回路は、上記のEVサブシステムで説明したのと同様の過電流および過渡電圧保護を必要とします。Littelfuseは、以前に説明したコンポーネントソリューションやその他の多くのオプションを提供しています。
結論
コネクティビティとADASの深い統合により、自動車産業はかつてないインテリジェンスとエコシステム開発の段階に向かっています。将来、モバイル通信、人工知能、ビッグデータ、エッジコンピューティングなどのコア技術の継続的な進歩により、車両は単なる輸送手段を超え、モバイルデータノードやインテリジェント端末へと進化し、安全で効率的、環境に優しく、個別化された移動体験を可能にします。Littelfuseが提供する広範な安全および保護ソリューションは、業界の関連技術とサービスモデルの全面的なアップグレードをサポートし、国境を越えた協力と共同開発が特徴の新しいエコシステムの創造を助けます。Littelfuseのソリューションは、次世代の自動車アプリケーションにおける革新と開発の加速に貢献します。
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