亚博电子竞猜-通过分布式架构驱动下一代电动汽车系统

作者: 亚博电子竞猜
2021-11-24

  电动汽车(EV)和夹杂动力电动汽车(HEV)正在不竭演进,此中的电子装备一样也在产生转变。在这些车辆的整体组织和功能方面,愈来愈多的电子装备阐扬侧重要感化。可是,司机并没有改变。他们依然但愿本身的电动汽车和夹杂动力电动汽车可以或许顺遂地行驶更远,变得更经济实惠,充电速度更快,并确保他们的平安。那末设计人员若何才能以更低的本钱为他们供给更多办事?

本文援用地址:http://www.eepw.com.cn/article/202109/428572.htm

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  跟着对平安性、功率密度和电磁干扰(EMI)的要求愈来愈严酷,出现了分歧的电源架构来应对这些挑战,包罗为每一个要害负载配备自力偏置电源的散布式电源架构

电动汽车中的传统电源架构

  汽车设计工程师可以按照电动汽车的电源要求为某些电源架构设计方案。图1所示的传统方式是集中式电源架构,它利用一个中心变压器和一个偏置节制器来为所有栅极驱动器生成偏置电压。

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图1:夹杂动力电动汽车/电动汽车牵引逆变器中的集中式架构

  集中式架组成本较低,因此这类解决方案历来广受接待,但这类架构可能难以治理故障和调理电压,并且结构具有挑战性。集中式架构也轻易遭到更多噪音的影响,而且一个系统区域内的元件又高又重。

  最后,跟着靠得住性和平安性成为重中之重,集中式架构的电源缺少冗余,假如偏置电源中的单个元件呈现故障,则可能致使年夜型系统故障。摆设散布式架构可避免电源故障,从而打造更靠得住的系统。

经由过程散布式架构实现高靠得住性

  假如在汽车以65英里/小时的速度行驶时,牵引逆变器机电中的一个小型电子元件呈现故障,大师必定都不但愿车辆忽然策动机掉灵或完全住手。动力总成系统内的平安冗余和备用电源已成为确保平安性和靠得住性的标配。

  散布式电源架构可为每一个栅极驱动器分派一个与其接近的专用的、当地的、便利调理的偏置电源,以知足电动汽车利用情况中的靠得住性要求,是以可以供给冗余并提高系统对单点故障的反映能力。例如,假如与栅极驱动器配套的此中一个偏置电源掉效,其他五个偏置电源和其配套的栅极驱动器仍可正常运行。假如六个栅极驱动器中有五个仍可正常运行,机电便能以杰出的节制体例减速和封闭,或可能继续运行。利用这类电源系统设计,车辆中的乘客乃至都不会心识到呈现问题。

  外部变压器偏置电源(如反激式和推挽式节制器)很高、很重且占用面积较年夜,阻碍了散布式架构在轻型电子装备中的利用。电动汽车电源系统需要更进步前辈的器件,即更小的集成变压器模块,例如UCC14240-Q1隔离式直流/直流偏置电源模块,它可将变压器和元件集成到一个经优化的、具有低高度的平面磁性元件模块解决方案中。

  将平面变压器集成在集成电路尺寸的封装中,可以年夜幅减小电源系统的尺寸、下降其高度并减轻其重量。UCC14240-Q1集成了变压器和隔离,可供给简单节制和较低的低级到次级电容,提高密集和快速开关利用中的共模瞬变抗扰度(CMTI)。将低级和次级侧节制与隔离完全集成,可在一个器件中实现不变的±1.3%隔离式直流/直流偏置电源。经由过程实现1.5W的输出功率,乃至在高达105°C的温度下也是如斯,UCC14240-Q1可觉得散布式架构中的栅极驱动器供电,如图2所示。

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图2:利用UCC14240-Q1的电动/混动汽车牵引逆变器中的散布式架构

在散布式架构中驱动动力总成系统的其他留意事项

  电动汽车需要高尺度的靠得住性和平安性,而这类要求会渗入到各个功率转换电子装备上。元件必需以受控且颠末验证的体例在125°C和以上的情况温度下运行。隔离式栅极驱动器需如果“智能的”,包罗多项平安和诊断功能。为系统中的栅极驱动器和其他电子装备供电的低功率偏置电源也需要改良,包罗实现低EMI。UCC14240-Q1操纵TI的集成变压器手艺,连系利用3.5pF的低级到次级电容变压器,可下降高速开关发生的EMI,并轻松实现跨越150V/ns的CMTI。

  偏置电源接近散布式架构中的隔离式栅极驱动器,可确保更简单的印刷电路板结构布线和更好地调理为栅极驱动器供电的电压,终究驱动电源开关的栅极。这些身分可以提高牵引逆变器的效力和靠得住性,凡是可以使其在100kW至500kW下运行。这些高功率系统需要更高的效力以确保更小的热损掉,由于热应力是元件故障的首要缘由之一。

  跟着这些电动汽车电源系统对功率的要求愈来愈高,是时辰斟酌利用碳化硅和氮化镓电源开关来实现更小、更高效的电源了。这两种半导体手艺各自都有一些长处,但需要比成熟的传统绝缘栅双极晶体管更严酷地调理栅极驱动器电压。它们还需要在平安隔离栅上供给低电容和高CMTI的元件,由于它们切换高电压的速度比之前想象的更快。

电动汽车将来会向更高的靠得住性和更远的行驶距离迈进

  驾驶员将继续期望以更低价钱采办排放量更低、续航里程更长、平安性和靠得住性更高且功能更多的车辆。只有电力电子手艺不竭前进,对电动汽车的这些需求才有可能获得知足,包罗电源架构的立异和其相干的隔离式栅极驱动器和偏置电源。

  改用散布式电源架构年夜年夜提高了在隔离式高压情况中的靠得住性,但面对的挑战是额外的元件会致使对重量和尺寸的要求更高。完全集成的电源解决方案(例如在高频下开关的UCC14240-Q1偏置电源模块)可以节流系统级空间并实现轻量化。

其他资本

  •查看这些白皮书:

  o《高机能集成式动力总成解决方案:电动汽车普和的要害》”。https://www.ti.com.cn/cn/lit/wp/zhcy139a/zhcy139a.pdf?HQS=app-hvp-hvc-ucc14240q1-ta-whip-null-cn

  o《穿过隔离栅供电:隔离式直流/直流偏置电源的近况》。https://www.ti.com/cn/lit/wp/slyy182a/slyy182a.pdf?ts=1628639979523

  •下载UCC14240-Q1数据表。http://ti.com.cn/product/cn/ucc14240-q1

  •下载UCC5870-Q1数据表。https://www.ti.com.cn/product/cn/UCC5870-Q1

  •浏览手艺文章,《小型隔离式电源解决方案的价值》。https://e2e.ti.com/blogs_/b/powerhouse/posts/the-value-of-a-thin-isolated-power-solution


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