Schaltungsschutzkomponenten von TE Connectivity helfen beim Schutz der Automobilelektronik

Abbildung 1: Beispiel eines Infotainment-Systems für Fahrzeuge

Die elektronischen Inhalte in modernen Kraftfahrzeugen haben sich in den letzten Jahren dank der Nachfrage nach Entertainmentsystemen im Auto ("Infotainment") und Features wie Docking für Smartphones, USB-Ports und Satellitenradios drastisch erhöht. Von den neuesten Kraftfahrzeugen wird außerdem erwartet, dass sie mit GPS-Navigationssystemen mit Kartenfunktionen, interner und externer LED-Beleuchtung und anderen anspruchsvollen Features ausgerüstet sind.

Gesetzliche Anforderungen in Bezug auf Sicherheitsfunktionen sind ein weiterer Grund für die Ausbreitung von Elektronik in Fahrzeugen. So müssen alle neuen Fahrzeuge ab 2018 beispielsweise mit Rückfahrkameras versehen sein. Da zudem Freisprecheinrichtungen gesetzlich vorgeschrieben sind, werden Telefonschnittstellen bald zur Standardausstattung von Fahrzeugen gehören.

Der Anstieg elektronischer Fahrzeugkomponenten für Unterhaltungszwecke und den Komfort des Fahrers steigert natürlich auch das Potenzial für elektronische Störungen, die ironischerweise alles andere als Komfort nach sich ziehen: garantiebezogene Reparaturen, Sicherheitsprobleme und die allgemeine Unzufriedenheit von Kunden.

Die Abteilung TE Circuit Protection von TE Connectivity (TE) hat PolySwitch^®, PolyZen und ESD-Schutzkomponenten für Anwendungen in der Automobiltechnik entwickelt. Diese Komponenten gehen weit über traditionelle Sicherungen hinaus und sorgen für eine Steigerung der Zuverlässigkeit, der Leistung und der Sicherheit in der Automobilelektronik.

USB-Anwendungen

USB 3.0-Anschlüsse sind heute keine Seltenheit in Fahrzeugen. Empfindliche Elektronikkomponenten, die USB-Highspeed-Protokolle verwenden (sowie auch HDMI- und andere Highspeed-Schnittstellen) benötigen nicht nur einen Überstrom- und Überspannungsschutz, sondern auch Schutz gegen elektrostatische Entladungen (ESD). TE Circuit Protection bietet zwei verschiedene Arten von Schaltungsschutzkomponenten, die in diesen Fällen eingesetzt werden können.

Eine PolySwitch PPTC-Komponente (polymeric positive temperature coefficient) kann für einen rückstellbaren Schutz in USB-Anwendungen verwendet werden. Wenn die PPTC-Komponente mit dem V_BUS-Port einer USB-Stromquelle verbunden wird, führt dies zu einer Begrenzung des Stroms bei einem Kurzschluss. Gleichzeitig können Schäden vermieden werden, die bedingt durch Überstrom nach einem plötzlichen nachgelagerten Kurzschluss eintreten, und auch die Einhaltung des UL60950 kann sichergestellt werden. Diese Komponenten beinhalten folgende Teile: AGRF, AHRF, AHEF, AHS, ASMD, nanoASMDC, microASMD, miniASMDC und BD. Für den Überspannungsschutz in USB 3.0-Anwendungen nutzt die Komponente PolyZen einen Hybridansatz. Sie verbindet eine Zener-Diode und eine PPTC-Komponente, die thermisch gebunden sind. PolyZen-Komponenten können in USB-Ports eingesetzt werden, um Überspannungen zu verhindern, die durch eine vorgelagerte Reglerstörung erzeugt werden. Sie verhindern ein Durchdringen und eine Beschädigung der Komponenten, die mit dem USB-Port verbunden sind.

12 V_DC Systeme

Stromquellen für Video-Monitore an Sitzlehnen, Antennen und andere Zubehörteile benötigen einen Kurzschlussschutz.Bei der Installation von Ausrüstung kann es leicht zum Kurzschluss am Fahrzeugboden kommen.Docking-Ports verfügen ebenfalls über Stromausgänge, die vor Kurzschlüssen geschützt werden müssen.

In der Vergangenheit haben Sicherungen den Schutz von Leistungsein- und -ausgängen in 12-V_DC-Systemen übernommen. PolySwitch PPTCs stellen eine kostengünstige und rücksetzbare Alternative zu Sicherungen dar, da sie fahrerseitige Ausgänge vor Schäden durch plötzliche Kurzschlüsse und andere Lastanomalien schützen.

Video-Ausgänge

Video-Ausgänge in Infotainment- und anderen Systemen in Fahrzeugen benötigen zudem ESD-Schutz. HDMI-Ausgänge und andere Ausgänge mit hoher Frequenz benötigen einen niederkapazitätiven ESD-Schutz. Bei der Planung von HDMI-Systemen können mit den polymerbasierten ESD-Schutzkomponenten (PESD) von TE, die bei 3,4 GHz ohne Beeinträchtigung der Signalintegrität eingesetzt werden können, viele planungsbezogenen Probleme gelöst werden. Mithilfe dieser Komponenten können Systemmargen vergrößert und Planungen für eine nächste Generation erleichtert werden, da künftig keine komplette Umgestaltung des ESD-Schutzes mehr erforderlich wird. Diese Komponenten beinhalten folgende Teile: PESD0402, PESD0603 und PESD1206Q.

HF-Ausgänge

HF-Ausgänge, wie Bluetooth, GPS und Satellitenradio-Antennen, benötigen ggf. ebenfalls ESD-Schutz.

Der Schutz freiliegender Kommunikationsschnittstellen gegen ESD und andere Stoßspannungen, die durch Antennen und kabellose (HF-)Schnittstellen des Instruments geleitet werden, ist ein wichtiger Punkt bei der Planung.

Eine PolyZen-Komponente kann die Stromversorgung eines Bluetooth-Moduls schützen (Abb. 2). PESD-Komponenten werden ebenfalls dargestellt, die zum Schutz von Antennen gegen Beschädigungen durch ESD-Stöße eingesetzt werden können. PESD-Komponenten verfügen über eine geringe Kapazität, die für Highspeed-Datenübertragungsleitungen und Hochfrequenzdatenleitungen erforderlich ist. Sie sind in kompakten SMD-Gehäusen verfügbar und können einer Vielzahl von ESD-Stößen widerstehen.

Abbildung 2: In Bluetooth-Modulen können PolyZen- und PESD-Komponenten für den Schaltungsschutz eingesetzt werden.

LED-Beleuchtung

In Fahrzeugen kommen vermehr LEDs für die Innen- und Außenbeleuchtung zum Einsatz. LEDs sind zwar effizient und langlebig, allerdings auch anfällig gegen Hitze, ESD und Kurzschluss-Anomalien, die zum Ausfall der Komponenten führen und potenzielle Sicherheitsprobleme verursachen können. Automobilhersteller setzen daher Schaltungsschutz für diese Beleuchtungsanwendungen an.

Der größte Teil der elektrischen Energie, die LEDs zugeführt wird, wird in Wärme und nicht in Licht umgewandelt. Eben diese Wärme kann unbehandelt zu einer Reduzierung der Lebensdauer der LEDs und zur Beeinträchtigung der erzeugten Lichtqualität führen. Eine PolySwitch PPTC-Komponente kann mit der LED in Reihe geschaltet werden, um so gegen Überstrom zu schützen.

Diese rücksetzbare Komponente kann zudem Überhitzungsschutz bieten, wenn sie thermisch mit der Metallkernplatine oder dem LED-Kühlkörper verbunden wird. Probleme können auftreten, wenn die Ausgänge des LED-Treibers durch einen plötzlichen Kurzschluss beschädigt oder zerstört werden. Wenn der Treiberschaltkreis keinen Eingangsschutz benötigt, können PolySwitch PPTC-Komponenten für den Schutz der Treiberausgänge eingesetzt werden.

ESD-Schutz ist ebenfalls erforderlich, wenn die LED über keine integrierte Schutzfunktion verfügt. In diesem Fall kann die parallel zur LED geschaltete PESD-Komponente gegen mögliche Schäden schützen.

Viele LED-Treiber sind anfällig für Beschädigungen durch falsche DC-Spannungen und Polaritäten. Durch den Einsatz einer PolyZen-Komponente am Eingang des LED-Treibers kann dieser gegen Schäden durch plötzliche Überspannungen und Umkehrpolaritäten geschützt werden.