Passive Bauelemente finden sich überall in der Automobilelektronik.
Andreas Burkert
Der spezifikationsgerechte Einsatz passive Bauelemente in der Automobilelektronik verlangt von den Entwicklern viel Erfahrung. Für die Bauteile gilt: Sie müssen einer Stresstest-Qualifikation standhalten.
Wer in der Automobilelektronik passive Bauelemente nutzt, muss die passende Komponente nicht nur für die Applikation, sondern für eine einzelne Funktion auswählen. Denn neben den hohen Anforderungen an die Funktion steigt auch gleichzeitig die Differenzierung einzelner Serien und Typen. Vor diesem Hintergrund schreibt das Pflichtenheft immer häufiger entsprechend spezifizierte und qualifizierte passive Komponenten vor insbesondere für sicherheitsrelevante Anwendungen wie Airbag oder ABS sowie im Powermanagement.
Gefordert wird in erster Linie eine sehr hohe Temperatur und Vibrationsfestigkeit sowie Kurzschlusssicherheit. Neben zahlreichen Vorschriften für den Einsatz im Automobil müssen die passiven elektronischen Bauelementen insbesondere gemäß der AEC Q200 qualifiziert werden - der Stresstest-Qualifikation. Im Folgenden werden die wichtigsten passiven Bauelemente genannt, die für den Einsatz im Automobil vorgesehen sind.
Kondensatoren
Kondensatoren spielen in der Automobilelektronik eine wichtige Rolle unter anderem als kurzfristiger Energiespeicher innerhalb elektronischer Schaltungen. Darüber hinaus sind sie ein wichtiger Bestandteil bei Elektro- und Hybridfahrzeugen. Vor allem EDLCs (Electric Double Layer Capacitors), auch bekannt als Ultra-Caps oder Super-Caps, dienen der Bordnetzstützung und der Rekuperation. Sogenannte radial und axial bedrahtete MLCC-Kondensatoren mit AECQ200 Qualifikation werden in der Regel für das Beschalten von Sensoren verwendet. Sie werden meist direkt am Sensor, auf den Anschlussfahnen, kontaktiert, und ermöglichen damit optimale Entstörung.
Zum Einsatz kommen auch andere Kondensatortechniken, wie Filmkondensatoren und Tantal-Kondensatoren. Die zeichnen sich durch hohe Stabilitäten bei sehr guter Volumeneffizienz aus. Wegen ihrer sogenannten Inrush-Pulsempfindlichkeit sind sie allerdings als Eingangsfilterkondensatoren nicht geeignet. Herkömmlich Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren (Elkos) werden aufgrund des guten Preis/Leistungsverhältnisses hinsichtlich ihrer Kapazität oft verwendet.
Elektrische Widerstände
Zwar ist kaum ein elektronisches Bauelement so selbstverständlich wie der elektrische Widerstand. In der Automobilelektronik muss er aber sehr hohen Anforderungen genügen - vor allem in Bezug auf die Langzeitstabilität, Impulsfestigkeit wie auch der Schadgasfestigkeit. So werden für Anwendungen im Auto typischerweise Standardwiderstände in der Dickschichttechnik verbaut. In der Regel sind dies schwefelresistente Dickschichtwiderstände mit einem geringen Anteil Palladium in den Elektroden. Mechanischen Schutz gegen das Eindringen von Schadgasen und für den Einsatz in rauen Umgebungen bietet eine homogene Schutzschicht des Epoxidlacks.
Dünnfilmwiderstände hingegen werden typischerweise in Anwendungen eingesetzt, die eine hohe Langzeitstabilität, hohe Genauigkeit oder auch geringes Stromrauschen erfordern. Im Vergleich zu Dickschichtwiderständen ermöglichen sie geringere Nenntoleranzen, haben einen geringeren Temperaturkoeffizienten, eine kleinere parasitäre Induktivität und Kapazität und eine höhere Stabilität bei hohen Frequenzen. Dadurch bleibt der Widerstandswert durch Einflüsse wie Temperatur, Zeit und Impulse nahezu konstant. Strommesswiderstände (Shunts) eignen sich für alle Arten von Messapplikationen. Typische Anwendungen in der Automobilelektronik sind beispielsweise die Airbagsteuerung, das Batteriemanagement, ABS, Schließsystem, Motorenmanagement oder Klimaautomatik.
Leistungsinduktivitäten
Spannungsversorgungen in Fahrzeugen benötigen zur Filterung der elektromagnetischen Interferenz (EMI) an Hochstromleitungen und der Energiespeicherung für die DC/DC-Konverter spezielle Leistungsinduktivitäten. Zum Einsatz kommen magnetisch voll geschirmte Hochstrominduktivitäten mit lackisoliertem Kupferdraht, der Betriebstemperaturen bis zu 200 °C standhält. Er wird am Rahmen per Ultraschall angeschweißt, der mit einer Mischung aus ferromagnetischem Eisenpulver und Epoxidkleber umpresst wird. Diese Bauformen sind auch AECQ200qualifiziert erhältlich.
Dank seines sehr niedrigen Gleichstromwiderstandes und der daraus resultierenden hohen Strombelastbarkeit werden sie auch gerne für als EMI-Filter eingesetzt, um die Forderung nach sauber reguliertem und gefiltertem höheren Strom zu erfüllen. Für die Signal und Niedrigstromleitungen sind immer mehr AECQ200-qualifizierte Standardinduktivitäten und Ferritebeads verfügbar, sowohl als Multilayer wie auch als drahtgewickelte Versionen. Daneben gibt es neue für CAN und Flexray-Netzwerke optimierte Gleichtaktdrosseln mit einem Temperaturbereich von 150 °C.
Keramikresonatoren
Keramikresonatoren werden ähnlich wie Schwingquarze eingesetzt, weisen jedoch nicht deren Frequenzgenauigkeit und -stabilität auf: Sie haben typischerweise eine Frequenztoleranz von 0,5 Prozent bei Raumtemperatur, eine Abweichung von 0,3 Prozent über den Temperaturbereich 20/+80 °C sowie eine Alterung von 0,5 Prozent über zehn Jahre. Verglichen mit Schwingquarzen haben sie kleinere Abmessungen, eine höhere Robustheit gegenüber mechanischen Belastungen und sind in der Regel auch günstiger. Dennoch sind die Resonatoren von den strengeren Qualifizierungen nicht ausgenommen.