設(shè)計(jì)集成智能汽車(chē)綜合系統(tǒng)的電動(dòng)汽車(chē)輔助電源

輔助電源被稱(chēng)為輔助電源模塊(APM),是電動(dòng)汽車(chē)的一個(gè)重要元件。它的主要功能是有效地將電力從牽引電池傳輸?shù)降蛪贺?fù)載和12V電池。

隨著電動(dòng)汽車(chē)部門(mén)的不斷發(fā)展,殺傷人員地雷的設(shè)計(jì)面臨著更大的挑戰(zhàn)。這些問(wèn)題包括要求提高功率等級(jí)、擴(kuò)大電壓范圍、提高可靠性和提高功率密度,同時(shí)保持高效運(yùn)行。

本文討論了一種基于智能電路的高壓-低壓隔離回彈變換器。該轉(zhuǎn)換器被設(shè)計(jì)為作為電動(dòng)汽車(chē)的輔助電源。其目的是在主電源發(fā)生故障時(shí),保證汽車(chē)安全關(guān)鍵部件,特別是牽引逆變器的供電電壓(約15-18V)一致。

全球汽車(chē)市場(chǎng)的顯著增長(zhǎng)推動(dòng)了對(duì)先進(jìn)電子元件的需求。這就需要開(kāi)發(fā)高度一體化的智能系統(tǒng)解決方案。GAN技術(shù)以其智能和集成的功能提供了一個(gè)令人信服的解決方案。值得注意的是,甘在高頻域中表現(xiàn)出優(yōu)越的開(kāi)關(guān)行為,使其非常適合于EV產(chǎn)業(yè)的發(fā)展景觀(guān)。解決方案的整合將為新一代智能化、高效化和防未來(lái)性鋪平道 .

智能GAN集成技術(shù)將整體功率級(jí)與驅(qū)動(dòng)控制電路相結(jié)合,為現(xiàn)代化提供了顯著的優(yōu)勢(shì)。這種創(chuàng)新的方法通過(guò)最小化寄生電感來(lái)促進(jìn)緊湊的設(shè)計(jì),從而提高系統(tǒng)的健壯性和可靠性。

此外,集成的智能GAN提供了高性能的好處。它在高頻率下工作的能力轉(zhuǎn)化為更低的電磁干擾和更好的散熱。這些組合優(yōu)勢(shì)使智能甘成為下一代電力電子系統(tǒng)的領(lǐng)先技術(shù)。

設(shè)計(jì)中使用的智能GANIC是一個(gè)650V的電源級(jí),驅(qū)動(dòng)和保護(hù)在一個(gè)QFN包。IC的主要技術(shù)特點(diǎn)是:

· 最大排水源電壓(VDsmax ): 650 V

· 電源電壓操作范圍(V 1 ): 18–36 V

· 高壓電源操作范圍(V2): 20–650 V

· 典型電阻(R) : 190/410 mΩ

該芯片的內(nèi)部框圖和平頂圖如圖1所示,包括各種功能,如流?？刂啤⒖烧{(diào)軟啟動(dòng)、打開(kāi)DV/DT和最高達(dá)500千赫的快速開(kāi)關(guān)功能。為了減小電路板的尺寸和增加功率密度,選擇了230-250千赫的特定開(kāi)關(guān)頻率作為名義換流率。

圖1:智能GANIC的內(nèi)部框圖(資料來(lái)源:斯列瑞茲等人)。,2024)

智能GANIC集成了一套集成保護(hù)功能,旨在提高系統(tǒng)的可靠性并確保安全運(yùn)行。這些特點(diǎn)包括:

· 過(guò)溫保護(hù):當(dāng)系統(tǒng)達(dá)到不安全的操作溫度時(shí),這種保護(hù)會(huì)自動(dòng)關(guān)閉,防止熱失控和潛在的破壞。

· 過(guò)流限制:這種保護(hù)限制了系統(tǒng)內(nèi)的電流流,防止過(guò)大的電流負(fù)載導(dǎo)致組件故障。

· 帶故障模式的輸出過(guò)載保護(hù):在輸出過(guò)載的情況下,系統(tǒng)進(jìn)入"故障模式",以受控制的速率上下循環(huán),直到過(guò)載條件得到解決。這保護(hù)系統(tǒng)不受損壞,同時(shí)允許在正常工作條件下自動(dòng)恢復(fù)。

具有突發(fā)模式的輸出過(guò)電壓保護(hù)：此功能可防止電壓峰值超過(guò)指定的輸出限制。在這種情況下，系統(tǒng)進(jìn)入一個(gè)“突發(fā)模式”，提供短時(shí)間的突發(fā)電源以維持功能，同時(shí)防止過(guò)電壓事件造成的損害。

靜電放電(ESD)保護(hù)：這種集成保護(hù)保護(hù)系統(tǒng)免受ESD，這是電子元件損壞的常見(jiàn)原因。

圖2顯示了組裝的應(yīng)用程序演示板。在QFN包(U1)中,我們可以看到用于頻率選擇的無(wú)源網(wǎng)絡(luò)(C5和R4)。在反沖轉(zhuǎn)爐的第二側(cè)是由R9、C6和D3組成的夾緊網(wǎng)絡(luò)。該反饋電路包括一個(gè)光耦合器(U2)和一個(gè)可調(diào)分流電壓基準(zhǔn)(D1)。T1是一個(gè)WOTLT750343808反沖變壓器。

圖2:應(yīng)用程序演示板

為了?PCB ,選用四層堆疊,結(jié)構(gòu)如下:

· 第一層:主電源路徑

· 第二層:電力地面

· 第三層:信號(hào)地面

· 第4層:反饋環(huán)

計(jì)量

通過(guò)應(yīng)用演示板來(lái)衡量演示板的性能 V 在…中 =400-V輸入電壓及 f 元素 =230-KZ開(kāi)關(guān)頻率,除其他參數(shù)取決于具體測(cè)試,如下文所述。目標(biāo)輸出電壓是 V 在外面 = 15 V.

沖擊模式和DCM開(kāi)關(guān)

沖擊模交換波形,由 我 在外面 =0.05A,如圖3所示。這些波形顯示,正常操作開(kāi)始時(shí),在不超過(guò)0.4度的光負(fù)荷電流下,啟動(dòng)模式操作。

在不連續(xù)感應(yīng)模式(DCM)下獲得的開(kāi)關(guān)波形 我 在外面 =1°,如圖4所示。排水源電壓的振蕩(V 數(shù)據(jù)交換系統(tǒng) )和額外電壓平臺(tái)是由變壓器的磁感電感和反射電壓創(chuàng)造的。

圖3:沖擊模交換波形

圖4:DCM開(kāi)關(guān)波形

在連續(xù)導(dǎo)電模式中,轉(zhuǎn)換器的平均整體功率耗散(開(kāi)關(guān)和導(dǎo)電)在2.2瓦進(jìn)行了測(cè)量,秋季時(shí)間為5.6秒和5.6秒。 我 在外面 =4.5該裝置以集束彈藥機(jī)模式運(yùn)行,可提供高達(dá)68瓦的輸出功率,確保了87.23%的效率。

有動(dòng)態(tài)的負(fù)載變化 在外面 變換器由1a到3a不等,保持良好的穩(wěn)定性。較小的負(fù)載電流(I out 從0.05到1),沒(méi)有測(cè)量到轉(zhuǎn)換器輸出電壓水平的明顯變化(約450mv)。

在開(kāi)放負(fù)荷情況下( Iout =0),輸入電源銷(xiāo)的測(cè)量值為600兆瓦。生成所需的V 計(jì)算機(jī)控制 電壓,變壓器第三繞組使用.

通過(guò)對(duì)設(shè)備的外部加熱,測(cè)試了其過(guò)溫保護(hù)特性.在此之后,在175℃的溫度下,由于測(cè)試部門(mén)的檢測(cè),開(kāi)關(guān)操作受到抑制,當(dāng)溫度下降時(shí),開(kāi)關(guān)操作再次啟用。

同樣,通過(guò)在輸出上應(yīng)用短路,OVRD保護(hù)終止了開(kāi)關(guān)操作,當(dāng)短路被移除時(shí),開(kāi)關(guān)操作會(huì)恢復(fù)。

智能集成簡(jiǎn)化了汽車(chē)應(yīng)用程序的復(fù)雜性,確保了成本效益和高性能的解決方案。將直流/直流轉(zhuǎn)換器等組件無(wú)縫地組合在高頻高壓環(huán)境下,可以?xún)?yōu)化效率,最大限度地減少開(kāi)關(guān)損耗。

安全是最重要的,超電流和溫度保護(hù)提高了應(yīng)用設(shè)計(jì)的可靠性。此外,軟啟動(dòng)和過(guò)載保護(hù)等功能確保了適當(dāng)?shù)膽?yīng)急電源選擇,凸顯了智能集成在汽車(chē)創(chuàng)新中的關(guān)鍵作用。