Les composants passifs de Panasonic sont à la base de nombreuses solutions modernes en matière de mobilité : ils soutiennent le fonctionnement des véhicules électriques, des systèmes de trains rapides, la performance des vélos électriques, ainsi que la fiabilité des machines agricoles.
Le progrès actuel dépend largement du développement des transports, ce qui souligne l'importance cruciale des systèmes de transport avancés. L'infrastructure de transport d'aujourd'hui comprend un large éventail de machines : des véhicules particuliers et utilitaires aux réseaux ferroviaires, vélos électriques et véhicules à guidage automatique (AGV) utilisés dans les applications industrielles et agricoles. Pour comprendre correctement le degré d'avancement de ces systèmes, nous devons nous concentrer sur les bases de l'électronique, et en particulier sur les composants passifs. L'évolution et la fiabilité du transport moderne dépendent largement des réalisations significatives dans ce domaine fondamental.
En utilisant la technologie de pointe des composants LCR de Panasonic — connue pour sa haute performance, son efficacité exceptionnelle, sa sécurité et sa fiabilité — nos réseaux de transport sont devenus plus sûrs, plus intelligents et plus efficaces que jamais auparavant.
Les exigences changeantes du marché dans le secteur des transports
L'accélération de l'électrification et de l'automatisation a radicalement changé les exigences en matière de composants dans toute l'industrie des transports. Ils doivent être hautement fiables et gérer des courants élevés.
Il faut également considérer la croissance rapide du marché des vélos électriques :
augmentation de la puissance du moteur : de 500W à plus de 750W ;
augmentation de la tension du système de 36V à 48V, voire 60V ;
conception intégrée : modules compacts à haute fonctionnalité.
Pour répondre à ces exigences changeantes, les caractéristiques clés des composants comprennent des aspects tels que :
haute performance de courant (faible DCR et ESR pour une performance accrue) ;
stabilité thermique (fonctionnement garanti dans une large gamme de températures, par exemple de -55°C à 170°C) ;
miniaturisation (composants de petite taille pour montage en surface, SMD) ;
réduction des interférences électromagnétiques (niveau réduit de bruit émis) ;
longue durée de vie et haute performance tout au long de la durée de vie.
Condensateurs hybrides – performance et durabilité
Les condensateurs hybrides de pointe de Panasonic, avec une valeur ESR ultra basse et une haute capacité, permettent de réaliser des conceptions compactes sans compromettre la performance, facilitant la création de systèmes intégrés d'information et de contrôle dans les véhicules. Du maintien d'une opération fluide et fiable dans les véhicules électriques et autonomes, en passant par le soutien aux exigences de vitesse élevée des systèmes ferroviaires, jusqu'à l'alimentation des entraînements de vélos électriques et des machines agricoles — les composants passifs de Panasonic sont à la base des solutions de mobilité modernes.
Défis techniques dans les applications de transport
Gestion des courants élevés. Les vélos électriques et les véhicules AGV avec une puissance de sortie de 500W à 6kW nécessitent des condensateurs DC-link capables de transporter des courants de crête de 20…60A. Les composants électrolytiques conventionnels nécessitent l'utilisation de plusieurs éléments, ce qui augmente la surface de la carte de circuit imprimé.
Fiabilité à long terme. Les véhicules électriques et les véhicules AGV nécessitent actuellement une durée de vie de 10 ans avec plus de 4000 heures de fonctionnement à une température de 125°C, ce qui dépasse la garantie typique de 2000 heures des condensateurs électrolytiques traditionnels.
Sécurité en modes de défaillance. Bien que les condensateurs polymères résistent à des courants élevés, en cas de défaillance, il existe un risque de court-circuit, qui peut entraîner un incendie ou l'arrêt du système. Les normes automobiles et industrielles exigent des modes de défaillance en circuit ouvert pour éviter des dommages secondaires.
Technologie des condensateurs hybrides de Panasonic
Les condensateurs hybrides de Panasonic combinent les technologies électrolytiques et polymères pour résoudre de manière globale les problèmes décrits ci-dessus.
Comparaison des performances (par exemple, 47µF, 35V) :
combinaison de la haute fiabilité des condensateurs électrolytiques (faible LC, mode ouvert) avec la haute performance de courant des condensateurs polymères (faible ESR) ;
durabilité doublée par rapport aux condensateurs conventionnels
augmentation de 4,5 fois du courant de crête admissible.
Hybrid cap has High Reliability (Low LC, Open mode) and suitable for Large Current (Low ESR)
35V47uF (Dia 6.3mm)
E-Cap
Hybrid
Polymer Cap
Electrolyte
Liquid
Polymer + Liquid
Polymer
LC (mA)
◯ 0.01CV
◯ 0.01CV
✕ 0.2CV
Life end mode
◯ Open
◯ Open
✕ Open (Accidental short)
Humidity
◯ 85℃ 85%RH
◯ 85℃ 85%RH
✕ 60℃ 95%RH
Endurance
✕ 125℃ 2000h
◯ 125℃ 4000h
✕ 125℃ 2000h
Ripple current (125℃ 100kHz)
✕ 197 mA
◯ 900 mA
◯ 1000 mA (* 3100mA at 105℃)
ESR (20℃ 100kHz)
✕ 450 mΩ
◯ 60 mΩ
◯ 26 mΩ
Low temperature, High-frequency characteristics
✕ Unstable
◯ Stable
◯ Stable
◯ : good ✕ : bad
Séries de produits clés
Les principales séries de produits Panasonic dans l'offre de composants hybrides :
ZUU – très haute capacité et gestion de courants de crête importants.
Dans le tableau ci-dessous, les caractéristiques distinctives des différentes séries sont présentées :
Série
Capacité
Courant de crête
Miniaturisation
ZTU
1,7 fois plus grande que dans la série hybride de base (par exemple, 330µF → 560µF, φ10×10,2mm)
1,8 fois (par exemple, 2900mA → 3500mA)
φ10×10,2mm → φ8×10,2mm (boîtier plus petit à capacité égale)
ZUU
Série avec la plus grande capacité jusqu'à 1000µF
La plus grande série de courant de crête jusqu'à 6100mA
Économie de coûts et d'espace grâce aux remplacements de type 1 à plusieurs.
Exemple d'application dans les vélos électriques
Ci-dessous, deux propositions d'utilisation des condensateurs hybrides Panasonic dans les circuits de vélos électriques. L'hypothèse de départ est la conception d'un onduleur de propulsion d'une puissance de 6kW pour un moteur triphasé. Le circuit est alimenté par une batterie lithium-ion de 48V.
La conception conventionnelle impliquerait l'utilisation de 12 condensateurs de 150µF (63V) aux dimensions φ10×16,5mm.
Proposition 2 (ZUU Low-Profile) : 63V, 120µF, φ10×12,5mm × 9 pcs.
Conception à profil bas (hauteur réduite de 16,5mm à 12,5mm, réduction de 24%). Amélioration de la performance du circuit avec les composants proposés.
Exemple d'application dans l'automobile
Comme mentionné précédemment, un domaine important où l'utilisation des composants Panasonic aide notamment à réduire les dimensions des circuits est l'automobile. Examinons à quoi ressemble cette miniaturisation en pratique.
Exemple : direction assistée électrique (12V, 500W)
La conception conventionnelle nécessiterait l'utilisation de 4 condensateurs pour une tension de 25V et une capacité de 470µF, qui ont des dimensions de φ10×12,5mm. En utilisant les composants Panasonic (série ZUU), seulement 2 pièces de 25V, 1000µF, chacune mesurant φ10×16,5mm suffisent. Cela donne les paramètres :
capacité : 2000 µF (+6,4%),
courant de crête admissible 12,2A RMS,
réduction du nombre de composants de 50%.
Comparaison des deux circuits en tenant compte de l'espace requis sur le PCB.
Exemple : ventilateur de refroidissement (24V, 4kW, moteur triphasé)
Dans la conception standard, 11 condensateurs de 470µF/35V seraient utilisés, chacun mesurant φ10×16,5 mm. Les éléments ZUU réduisent ce nombre à 9 pcs. de composants de 680µF/35V (φ10×16,5mm). Cela représente un changement :
augmentation de 18% de la capacité totale (6120 µF),
réduction de 18% du nombre de composants.
Les condensateurs hybrides améliorent non seulement les paramètres, mais réduisent également l'espace sur le PCB.
Exemple : convertisseur DC–DC dans un chargeur embarqué OBC
En général, ce type de convertisseur fonctionne avec les paramètres suivants : 400 V en sortie et 12 V en entrée. Dans son circuit, on utilise classiquement 8 condensateurs de 470 µF / 25 V aux dimensions φ10 × 10,2 mm. Panasonic réduit ce nombre à 5 composants de la série ZV, présentant des paramètres de 330 µF / 25 V (φ10 × 10,2 mm). Cette approche permet d’atteindre deux objectifs :
réduction du nombre de composants de 38 %
maintien de performances équivalentes grâce aux caractéristiques ESR.
De meilleures caractéristiques ESR permettent l’utilisation d’un ensemble de condensateurs de plus faible capacité.
Conception compacte des inductances de puissance
Les inductances de puissance Panasonic associent une science avancée des matériaux à une conception de pointe, garantissant d’excellentes performances dans une large gamme d’applications. Grâce à la technologie brevetée de noyau en composite métallique (MC) de Panasonic, ces inductances atteignent une capacité de conduction de courant allant jusqu’à 103 A, tout en conservant des dimensions compactes de 5 × 5 mm à 15 × 15 mm.
La structure du noyau MC assure une faible résistance en courant continu, un courant de saturation élevé et une excellente dissipation thermique, permettant une conversion de puissance stable et efficace dans des environnements à espace restreint. Idéales pour les applications automobiles, industrielles et de télécommunications, les inductances de puissance Panasonic offrent aux concepteurs une solution polyvalente pour les convertisseurs DC–DC haute performance, les régulateurs de tension et les modules de puissance de nouvelle générations.
Défis techniques et solutions
Réduction des interférences électromagnétiques.La commutation à haute fréquence dans les vélos électriques et les véhicules AGV génère des interférences électromagnétiques. Les inductances conventionnelles à noyau ferrite présentent une fuite de flux magnétique élevée, ce qui rend difficile le respect des exigences de compatibilité électromagnétique (CEM).
Limites de la miniaturisation.Avec l’augmentation de la tension système jusqu’à 48…60 V, les inductances doivent supporter des courants supérieurs à 5 A sans augmentation excessive de leur taille.
Gestion thermique.Le fonctionnement à forte intensité entraîne une élévation de la température, affectant la stabilité de l’inductance et le rendement du circuit, notamment à proximité des moteurs. Les inductances Panasonic offrent une fiabilité de premier plan et une excellente stabilité thermique.
Les paramètres des inductances Panasonic à noyau MC répondent à l’ensemble de ces défis.
Dimensions
Ci-dessous est présenté un comparatif entre les inductances compactes Panasonic (noyau en composite métallique) et les inductances standard à noyau ferrite de 22µH. Le tableau met en évidence une différence significative en termes de dimensions et de courant de saturation.
Faible niveau d’interférences électromagnétiques
La perte de flux dans les inductances à noyau composite métallique est nettement inférieure à celle des composants à base de ferrite. La réduction du flux de fuite se traduit par un niveau de bruit rayonné plus faible, ce qui facilite la conformité aux exigences CEM pour les applications automobiles et AGV. Comparaison du rayonnement électromagnétique entre des composants ferrite et MC de Panasonic.
Stabilité de l’inductance
Un autre atout majeur des inductances MC de Panasonic est leur stabilité d’inductance, qui se manifeste par :
absence de saturation brutale ;
performances stables sur toute la plage de températures ;
forte tolérance aux courants transitoires.
Caractéristique de saturation brutale des composants ferrite comparée à celle des noyaux MCFiabilité
Il convient également de souligner plusieurs caractéristiques des inductances Panasonic (spécifiques à certains modèles), liées à leur durabilité :
conformité à la norme AEC-Q200 ;
plage de température de fonctionnement de –40 °C à 150 °C ;
résistance aux vibrations jusqu’à 50 G ;
tension de tenue 80 V (offrant une marge de 67 % pour les systèmes 48V).
Applications dans les circuits de vélos électriques / AGV
Les illustrations ci-dessous présentent l’utilisation des inductances Panasonic à noyau MC dans des circuits typiques de petits véhicules électriques. Dans ce schéma, l’inductance est placée afin de stabiliser le courant provenant du pack de cellules.Inductance de filtrage dans le circuit d’alimentation d’un contrôleur de moteur triphasé.
Fonctionnement dans les systèmes de batteries
L’utilisation des inductances Panasonic dans les systèmes de batteries lithium-ion (par ex. 48 V) présente de nombreux avantages :
Gain de place grâce à la conception du PCB BMS : obtenu par la miniaturisation (réduction de la surface de 57 %, du volume de 74 %).
Mesures simplifiées contre les interférences électromagnétiques : grâce à un faible flux de fuite.
Marge de conception assurée : grâce à un courant de saturation élevé.
Fiabilité accrue : maintenue par une excellente stabilité thermique.
Compatibilité avec des tensions système plus élevées : adaptée aux applications 48 V–60 V et au-delà.
Haute résistance aux fortes tensions et courants : optimisée pour les systèmes d’alimentation de nouvelle génération.
Stabilité thermique des inductances : garantissant des performances constantes à température élevée.
Conceptions compactes intégrées : idéales pour les applications CMS à profil bas.
Résistances CMS haute performance
Les résistances CMS Panasonic apportent un soutien essentiel aux systèmes de transport, où la densité de puissance, la précision et la résistance aux conditions environnementales sont déterminantes.
Les séries ERJP et ERJB offrent une puissance élevée dans des boîtiers compacts, idéales pour les circuits à forte puissance dans les véhicules électriques et les vélos électriques. Pour un contrôle précis, la série ERA propose une tolérance étroite et un faible coefficient TCR. Dans des environnements difficiles, tels que les applications agricoles et ferroviaires, la série ERJU assure une résistance au soufre et une fiabilité à long terme, garantissant un fonctionnement sûr et efficace sur diverses plateformes de transport.
Propriétés requises des circuits dans le secteur du transport
Le tableau ci-dessous présente les exigences typiques applicables aux résistances dans les applications de transport et indique quels produits Panasonic sont les mieux adaptés à chaque usage.
Fonction
Exigences clés
Défis techniques
Solutions recommandées
Mesure de tension
Haute précision (±0,1 %), faible coefficient de température (TCR) (~25 ppm), stabilité à long terme.
Détection précise de faibles variations de tension et de la dérive thermique.
Résistances de haute précision série ERA.
Diviseur de tension
Haute tenue en tension (500 V), large plage de valeurs de résistance (10 MΩ), conformité aux exigences de distance d’isolement et de chemin de fuite.
La mise en série de résistances basse tension augmente le nombre de composants et la surface occupée, et complique les contraintes de distances sur un PCB compact.
Résistances haute tension : séries ERA8P et ERJPM8.
La dissipation thermique due aux forts courants, combinée aux vibrations et aux températures élevées, peut provoquer des erreurs de mesure.
Résistances de mesure de courant : séries ERJB/D et ERJ*BW.
Commande de grille
Puissance élevée (3 W), excellente dissipation thermique en fonctionnement continu, stabilité thermique en conditions automobiles sévères.
La dissipation continue de puissance entraîne des contraintes thermiques et une dérive de la résistance.
Résistances haute puissance ERJP ou ERJB/D.
Fiabilité environnementale
Résistance aux conditions environnementales (soufre, vibrations), fiabilité à long terme.
Gaz soufrés, humidité et températures élevées dans des environnements sévères.
Résistances résistantes au soufre : série ERJU/S.
Résolution de problématiques concrètes
Les caractéristiques décrites ci-dessus ont un impact réel et significatif sur la conception des circuits électroniques. Les sections suivantes illustrent ces aspects à travers des exemples concrets.
Mesure de tension et série ERA
La détection précise de faibles variations de tension nécessite de minimiser la dérive de résistance due aux variations de température. Les systèmes de transport fonctionnent dans des conditions difficiles, à des températures allant de –40 °C à 125 °C ou plus, d’où la nécessité d’un faible TCR et d’une stabilité à long terme pour garantir un fonctionnement fiable. Ces caractéristiques sont offertes par les résistances de la série ERA (résistances à couche mince).
Caractéristiques clés :
tolérance de résistance de ±0,1 %, TCR : ±25 ppm/K ;
dégradation limitée des performances et de la fiabilité lors d’une utilisation prolongée et de variations thermiques ;
une meilleure tolérance globale garantit une fiabilité à long terme.
La haute fiabilité est obtenue grâce à l’utilisation d’un matériau résistif breveté (tolérance ±0,1 % après essais de durabilité). Construction des résistances à couche mince ERA et stabilité de leurs caractéristiques dans le temps.
Diviseurs de tension avec les séries ERA8P et ERJPM8
Dans les circuits de détection de tension des BMS, les cellules de batterie connectées en série génèrent des tensions élevées (300 à 500 V). Traditionnellement, cela impose l’utilisation de nombreux résistances basse tension montées en série, ce qui augmente le nombre de composants et la surface occupée sur le PCB, créant ainsi des contraintes de conception et de coût. De plus, garantir des distances d’isolement suffisantes entre les nœuds haute tension sur une carte compacte est essentiel pour la conformité aux exigences de sécurité, ce qui complique encore la conception. Les résistances des séries ERA8P et ERJPM8 apportent une solution efficace à ces problématiques.
Caractéristiques principales :
tension maximale du composant : 500 V ;
tolérance de résistance ±0,1 %, TCR ±15 ppm/K (ERA8P) ;
conformité à la norme AEC-Q200 (automobile) ;
réduction du nombre de résistances utilisées.
Utilisation de résistances Panasonic pour la réalisation d’un diviseur de tension.
Grâce à un coefficient de division de tension très précis(VD = V × R2 / (3R1 + R2)), la précision globale du BMS est considérablement améliorée. Les composants Panasonic permettent également de réduire le nombre de résistances :
Il convient de noter que la réduction réelle du nombre de composants dépend des réglementations relatives aux distances d’isolement.
Comparaison de circuits réalisés avec des résistances standard et des composants de la série ERJPM8.
Resistance value x usage
Resistance tolerance (%)
TCR (x10⁻⁶/K)
Working voltage (V)
PCB sizing* (mm²)
Current :
Other company
2012 Thin film resistance
300 kΩ
x 10 in-line
± 0.1
± 25
150 x 10 p
= 1500
40.25
Suggestion A : ERA8PEB
1206
Thin film high resistance
1 MΩ
x 3 in-line
± 25
500 x 3 p
= 1500
21.15 (About 48% Reduction)
Suggestion B : ERJPM8F
1206
High resistance and high withstand voltage
± 1
± 100
21.15 (About 48% Reduction)
Mesure de courant : séries ERJB/D et ERJ*BW
Les courants élevés génèrent une dissipation thermique importante qui, combinée aux vibrations et aux contraintes thermiques, peut provoquer une dérive de résistance et des erreurs de mesure. Les circuits de détection de courant — notamment dans les systèmes de traction des véhicules électriques, les systèmes de charge et les protections par fusible — nécessitent des résistances à faible valeur ohmique, forte puissance et excellente stabilité. Panasonic propose pour ces applications les *_composants des séries ERJB/D et ERJ_BW**.
La *_série ERJ_BW (type à élément résistif double face) se distingue par une très faible résistance (jusqu’à 5 mΩ) et une conception unique offrant une puissance élevée dans un boîtier plus compact**, contribuant à la réduction de la taille du PCB. Coupe illustrant la structure double face des éléments résistifs.La réduction de taille est rendue possible par l’utilisation de composants au format 0805.
La série ERJB/D (type à larges terminaisons) réduit le nombre de composants, permettant la miniaturisation, la réduction du poids et la baisse du coût du PCB. La structure multi-éléments répartit la charge thermique, limitant l’élévation de température aux points les plus sollicités. Les longues terminaisons atténuent les chocs thermiques par rapport aux résistances à bornes standard. Différence de conception entre les résistances Panasonic et celles d’autres fabricants.
La meilleure répartition de la charge se traduit par de meilleures caractéristiques thermiques, illustrées ci-dessous par des mesures et des images thermiques : Réduction de l’échauffement des résistances à éléments multiples.
Commande de grille des transistors (séries ERJP / ERJB)
Les circuits de commande de grille dans les systèmes de traction des véhicules électriques et les onduleurs sont soumis à une dissipation de puissance continue lors des commutations rapides, générant une chaleur importante. Les résistances standard ne disposent souvent pas d’une puissance nominale ou d’une gestion thermique suffisante, ce qui entraîne une dérive de résistance et une réduction de la durée de vie. Les résistances des séries ERJPA/P0 et ERJB/D sont des composants haute puissance dotés d’une dissipation thermique optimisée et d’une structure thermique stable, garantissant une commande de grille fiable.
Les composants ERJB/D peuvent remplacer des résistances CMS classiques afin de miniaturiser le PCB et de réduire le poids du dispositif. Leur forte résistance aux surtensions prévient les défaillances et assure une marge de sécurité optimale lors de la conception. Les composants haute puissance à structure spéciale répartissent uniformément la charge et évitent les contraintes locales. Structure de l’élément résistif dans les composants de la série ERJPA.
Résistance aux environnements sévères : séries ERJU / ERJS
Dans des environnements extérieurs ou riches en soufre — tels que les véhicules AGV industriels et les machines agricoles — les résistances à terminaisons argentées sont exposées à la sulfuration, pouvant entraîner des coupures de circuit ou une dégradation des performances. Associés à l’humidité et aux températures élevées, ces facteurs augmentent fortement le risque de défaillance à long terme. Les matériaux utilisés dans les résistances des séries ERJU et ERJS permettent de minimiser ces risques.
Propriétés de résistance au soufre :
prévention des coupures de circuit dues à la sulfuration ;
suppression du besoin d’étanchéité du PCB, réduisant les coûts ;
conformité à la norme AEC-Q200 ;
plage de température de –55 °C à 155 °C.
Gamme de produits de la série ERJU :
composants haute précision – série ERJU*R (0402 à 0805, tolérance 0,5 %) ;
résistances compactes haute puissance – série ERJUP (0603 à 1206, 0,5 W au format 0805) ;
versions à faible résistance – séries ERJU*S/Q (0805, 0,1 Ω à 1 Ω, 10 mΩ à 1 Ω) ;
type haute puissance à larges terminaisons – série ERJC (boîtier 1020, 2 W, 10 mΩ à 1 Ω).
TLes photos et le graphique illustrent la dégradation des contacts due à la sulfuration ainsi que la résistance des composants Panasonic aux facteurs agressifs.
Conclusion
Panasonic développe de manière continue son offre de composants innovants pour le secteur du transport, en fournissant des solutions qui soutiennent l’électrification et l’automatisation des véhicules. Ces technologies contribuent à rendre la mobilité plus sûre, plus efficace, mieux intégrée et plus économique à produire.
Annexe : aperçu des produits et de leurs applications
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