נתיכים מוסמכי AEC-Q200‏ משחקים תפקיד קריטי בתנאי סביבה של כלי-רכב

נתיכים נמצאים בשימוש כהתקן הגנה חיוני מאז השחר של תאורה חשמלית בסוף המאה התשע עשרה. הם מגינים על התקנים מפני תקלות כגון קצר-חשמלי הקורה בעומס על ידי הפסקת הזרימה של זרם חשמלי.‏ הפסקת זרימה זו יכולה להגן על‏ חיווט, התקנים אלקטרוניים והעומס מפני נזק קטסטרופלי. לפיכך, נתיכים יכולים להקטין למינימום את סכנת מצב תקלה של‏ פציעות לבני אדם ורכוש.

ההגנה המסופקת על ידי נתיכים מועילה במיוחד לשוק הרכב הצומח ולביקוש הגובר לכלי רכב חשמליים (EVs). עם המרת הכוח ברכב חשמלי והמספר ההולך וגדל של מערכות אלקטרוניות, הגנה על מעגלים הפכה להכרחית כדי להגן על מספר עצום של התקנים הקיימים‏ ברכב חשמלי (EV).

נתיכים לכלי-רכב

נתיך אופייני לכלי-רכב עובד על ידי התכה של חיבור‏ מוליך. קשת חשמלית עוקבת, הופכת את החיבור למעגל פתוח. פולס הזרם (גודל, צורה וזמן), טמפרטורת הסביבה ומאפייני‏ם של הנתיך קובעים את הטמפרטורה באלמנט הנתיך בה זה קורה. עקומת הזמן-זרם (נקראת TCC) בזרמי נתיך מדורגים שונים עוזרת לקבוע את זמן הניתוק בזרם נתון. זה, ביחד עם אנרגיית ההתכה (I² x t, כש-‏I‏ ‏הוא הזרם ו-t הוא הזמן), מסייע לקבוע‏ נתיך מתאים עבור היישום. נתיכי כלי-רכב התפתחו לעמוד בצרכים משתנים של התעשייה. בשנות ה-60 של המאה ה-20 נעשה שימוש נפוץ בנתיכי שפופרות זכוכית. נתיכי להב קומפקטיים יותר הם הנפוצים ביותר כיום. מרביתם מהירי תגובה (תוך‏ מספר מילי-שניות), תכונה‏ טובה כדי למנוע נזק לאלקטרוניקה רגישה, אך לא למנועים בשל זרם ההתנעה (inrush current) הגבוה באתחול. נתיכי ניתוק-איטי פותחו עבור יישום זה, שזמן תגובתם יכול להיות בסדר גודל של מספר שניות. חלק מהדרישות האופייניות האחרות מנתיכים המשמשים ביישומי כלי-רכב כוללים:

• בקרוב צפויים מתחים גבוהים יותר של עד V‏ 800‏ עבור האפיק המשתנה. מסיבה זו, יידרשו דירוגים העולים על V‏ 1,000‏, עם תשומת לב רבה לפריקת הקשת הנוצרת במתחים אלה כדי למנוע נזק למעגל.
• אמינות גבוהה בשל הסיכון של תאונות‏ קטסטרופליות בגלל כשלים.
• תחום רחב של‏ טמפרטורות סביבה. נתיכים המשמשים בתא המנוע עלולים להיות נתונים לטמפרטורות בתחום מ-‎40˚C- עד C‏°‏150‏+ או בתחום רחב יותר.
• גודל, משקל וגורם צורה הם יעדי מזעור לכל הרכיבים המשמשים ברכב חשמלי, מונעים על ידי הצורך להגדיל את ביצועי הרכב ואת טווח הנסיעה בטעינת סוללה נתונה.
• התנגדות לרעידות היא דרישה עיקרית בשל תנאי דרך מגוונים ופרופילים של נהיגה.

תקן ה-AEC-Q200 לכלי-רכב ‏

Chrysler,‏ Ford ו-General Motors‏ ייסדו את ה-Automotive Electronics Council‏ (AEC) בשנות ה-90 של המאה העשרים כדי ליצור מערכת איכות משותפת ולאחד תקני הסמכת חלקים עבור יישומי כלי-רכב. תקן ה-AEC-Q200‏ מכסה את הסמכת בדיקות המאמץ עבור רכיבים פסיביים. עדכון Rev D המוקדם יותר של AEC-Q200‏, שהיה פעיל מאז יוני 2010, כיסה רכיבים כמו נגדים, קבלים, שנאים, מהודים, גבישים, נתיכים מתאפסים, תרמיסטורים ווריסטורים. תקן זה כיסה שתי קטגוריות מאמץ עיקריות עבור הרכיבים הפסיביים:

• מאמץ סביבתי: זה כולל מחזורי טמפרטורה, מקדם לחות, אחסון בטמפרטורה גבוהה ובדיקות חיי עבודה בטמפרטורה גבוהה.
• מאמץ פיזי: זה כולל רעידות, הלם מכני, יכולת הלחמה והתנגדות לחימום הלחמה, דליקות, חוזק הדקים וחסינות לממיסים.

עדכון Rev E ל-AEC-Q200‏, שיצא במרץ 2023, מוסיף את דרישות האמינות עבור נתיכים. כמתואר באיור 1‏, עדכון ‏Rev E כולל רשימה מקיפה של‏ בדיקות מאמץ הכוללת הן את גורמי הלחץ הסביבתיים והן את גורמי הלחץ הפיזיים שהוזכרו לעיל.

איור 1: ייצוג של בדיקות מאמץ AEC-Q200 Rev E‏ המצוינות עבור נתיכים. (מקור תמונה: Littelfuse)

כמתואר באיור 1‏, תנאי המאמץ ב-AEC-Q200 Rev E‏ הם מחמירים יותר מבדיקות טיפוסיות שאינן לרכב. עתה נוספו בדיקות מפתח מסוימות, כגון בדיקת חיי עבודה של 1,000 שעות בטמפרטורת העבודה המקסימלית המוגדרת. מתודולוגיית הבדיקה עבור נתיכים דורשת מדידות התנגדות לפני-מאמץ ואחרי-מאמץ, ביחד עם יכולת נשיאת זרם ובדיקות עומס-יתר המבוצעות אחרי-מאמץ. המטרה של‏ AEC-Q200 Rev E‏ היא‏ לספק תקן משותף בו יצרנים יכולים להשתמש ‏כדי לפתח ולבדוק נתיכים המשמשים בשוק הרכב.

נתיכים מוסמכים AEC-Q200 Rev E של‏ Littelfuse

ל-Littelfuse יש היסטוריה ארוכה בפיתוח וייצור נתיכים לכלי-רכב. הם הציגו לראשונה נתיכים לכלי-רכב בשנות ה-1930, ונתיכי הלהב מהירי-הפעולה ^®ATO נחשבים לסטנדרט הכלל-עולמי. חברת Littelfuse תרמה לפיתוח בדיקת המאמץ של הסמכת Rev E עבור נתיכים, כשבדיקות ההסמכה הפנימיות שלה עבור נתיכי כלי-רכב היו כבר תואמות עם AEC-Q200 Rev E.

איור 2‏ מראה את מגוון הנתיכים המיוצרים על ידי Littelfuse עבור יישומי כלי-רכב. הם באים במגוון סגנונות גוף כגון חור-עובר, הרכבה-משטחית וקליע.

איור 2: מראה את מגוון הנתיכים המוסמכים AEC-Q200 של Littelfuse עבור יישומי כלי-רכב.‏ (מקור תמונה: Littelfuse)

להלן רשימה של‏ פרטים על חלק מהנתיכים המוסמכים‏ AEC-Q200‏ שלה:

• הקליע מסדרת 828 מתאפיין‏ בדירוג מתח גבוה של‏ ‎1,000 V_DC, עם דירוג ניתוק של ‎10 kA‏ במתח הנקוב.  הוא מיועד עבור OBC ו-PDU.
• סדרת ה-^®885‎ Nano2 להרכבה-משטחית היא בעלת דירוג מתח של עד 500‎ V_DC, עם דירוג ניתוק זמין של ‎1,500 A‏ ב-‎350 V_DC. נתיכים קומפקטיים אלה ניתנים לשימוש במארזי סוללות Li-ion, ב-BMS וממירי HV DC/DC.
• סדרת נתיכי השבב שכבה-דקה להרכבה-משטחית 437A מתאפיינת בדירוגי מתח מ-‎32 V_DC עד ‎125 V_DC‏ ודירוג ניתוק של ‎50 A במתח הנקוב. עם חתימת-השטח הקטנה שלהם וזמן התגובה המהיר, נתיכים אלה מתאימים באופן אידיאלי עבור הגנת מעגל שניוני של אלקטרוניקה קומפקטית בכלי-רכב כגון פנסים קדמיים LED‏, מערכת הניווט, תצוגת ה-TFT‏, וכו'
• סדרת ה-PICOII^® 521 עם הגוף הקרמי לחור-עובר היא נתיך פעולה מהירה-מאוד במארז תת-זעיר חוסך מקום. דירוג המתח הוא‏ V‏ 75, עם דירוג זרם ניתוק של ‏A‏ 300‏ במתח הנקוב. נתיכים אלה ניתנים לשימוש עבור הגנת BMS.

סיכום

כלי-רכב חשמליים דורשים יותר אלקטרוניקה ורכיבי המרה של כוח חשמלי ומודולים. נתיכים משחקים תפקיד‏ בטיחות קריטי, לא רק עבור רכיבי האלקטרוניקה, החיווט וההתקנים עליהם מגינים, אלא גם עבור בני האדם המתפעלים את כלי הרכב. ההכללה של‏ נתיכים בתקני ההסמכה AEC-Q200‏ מבטיחה שרכיבים חיוניים אלה עומדים בסטנדרט‏ אחיד. ל-Littelfuse יש סדרה של נתיכים מוסמכי AEC-Q200 שניתן להשתמש בהם במגוון יישומי הגנה מפני זרם-יתר ברכב חשמלי.