设计集成智能汽车综合系统的电动汽车辅助电源

辅助电源被称为辅助电源模块(APM),是电动汽车的一个重要元件。它的主要功能是有效地将电力从牵引电池传输到低压负载和12V电池。

随着电动汽车部门的不断发展,杀伤人员地雷的设计面临着更大的挑战。这些问题包括要求提高功率等级、扩大电压范围、提高可靠性和提高功率密度,同时保持高效运行。

本文讨论了一种基于智能电路的高压-低压隔离回弹变换器。该转换器被设计为作为电动汽车的辅助电源。其目的是在主电源发生故障时,保证汽车安全关键部件,特别是牵引逆变器的供电电压(约15-18V)一致。

全球汽车市场的显著增长推动了对先进电子元件的需求。这就需要开发高度一体化的智能系统解决方案。GAN技术以其智能和集成的功能提供了一个令人信服的解决方案。值得注意的是,甘在高频域中表现出优越的开关行为,使其非常适合于EV产业的发展景观。解决方案的整合将为新一代智能化、高效化和防未来性铺平道 .

智能GAN集成技术将整体功率级与驱动控制电路相结合,为现代化提供了显著的优势。这种创新的方法通过最小化寄生电感来促进紧凑的设计,从而提高系统的健壮性和可靠性。

此外,集成的智能GAN提供了高性能的好处。它在高频率下工作的能力转化为更低的电磁干扰和更好的散热。这些组合优势使智能甘成为下一代电力电子系统的领先技术。

设计中使用的智能GANIC是一个650V的电源级,驱动和保护在一个QFN包。IC的主要技术特点是:

· 最大排水源电压(VDsmax ): 650 V

· 电源电压操作范围(V 1 ): 18–36 V

· 高压电源操作范围(V2): 20–650 V

· 典型电阻(R) : 190/410 mΩ

该芯片的内部框图和平顶图如图1所示,包括各种功能,如流模控制、可调软启动、打开DV/DT和最高达500千赫的快速开关功能。为了减小电路板的尺寸和增加功率密度,选择了230-250千赫的特定开关频率作为名义换流率。

图1:智能GANIC的内部框图(资料来源:斯列瑞兹等人)。,2024)

智能GANIC集成了一套集成保护功能,旨在提高系统的可靠性并确保安全运行。这些特点包括:

· 过温保护:当系统达到不安全的操作温度时,这种保护会自动关闭,防止热失控和潜在的破坏。

· 过流限制:这种保护限制了系统内的电流流,防止过大的电流负载导致组件故障。

· 带故障模式的输出过载保护:在输出过载的情况下,系统进入"故障模式",以受控制的速率上下循环,直到过载条件得到解决。这保护系统不受损坏,同时允许在正常工作条件下自动恢复。

具有突发模式的输出过电压保护：此功能可防止电压峰值超过指定的输出限制。在这种情况下，系统进入一个“突发模式”，提供短时间的突发电源以维持功能，同时防止过电压事件造成的损害。

静电放电(ESD)保护：这种集成保护保护系统免受ESD，这是电子元件损坏的常见原因。

图2显示了组装的应用程序演示板。在QFN包(U1)中,我们可以看到用于频率选择的无源网络(C5和R4)。在反冲转炉的第二侧是由R9、C6和D3组成的夹紧网络。该反馈电路包括一个光耦合器(U2)和一个可调分流电压基准(D1)。T1是一个WOTLT750343808反冲变压器。

图2:应用程序演示板

为了 PCB ,选用四层堆叠,结构如下:

· 第一层:主电源路径

· 第二层:电力地面

· 第三层:信号地面

· 第4层:反馈环

计量

通过应用演示板来衡量演示板的性能 V 在…中 =400-V输入电压及 f 元素 =230-KZ开关频率,除其他参数取决于具体测试,如下文所述。目标输出电压是 V 在外面 = 15 V.

冲击模式和DCM开关

冲击模交换波形,由 我 在外面 =0.05A,如图3所示。这些波形显示,正常操作开始时,在不超过0.4度的光负荷电流下,启动模式操作。

在不连续感应模式(DCM)下获得的开关波形 我 在外面 =1°,如图4所示。排水源电压的振荡(V 数据交换系统 )和额外电压平台是由变压器的磁感电感和反射电压创造的。

图3:冲击模交换波形

图4:DCM开关波形

在连续导电模式中,转换器的平均整体功率耗散(开关和导电)在2.2瓦进行了测量,秋季时间为5.6秒和5.6秒。 我 在外面 =4.5该装置以集束弹药机模式运行,可提供高达68瓦的输出功率,确保了87.23%的效率。

有动态的负载变化 在外面 变换器由1a到3a不等,保持良好的稳定性。较小的负载电流(I out 从0.05到1),没有测量到转换器输出电压水平的明显变化(约450mv)。

在开放负荷情况下( Iout =0),输入电源销的测量值为600兆瓦。生成所需的V 计算机控制 电压,变压器第三绕组使用.

通过对设备的外部加热,测试了其过温保护特性.在此之后,在175℃的温度下,由于测试部门的检测,开关操作受到抑制,当温度下降时,开关操作再次启用。

同样,通过在输出上应用短路,OVRD保护终止了开关操作,当短路被移除时,开关操作会恢复。

智能集成简化了汽车应用程序的复杂性,确保了成本效益和高性能的解决方案。将直流/直流转换器等组件无缝地组合在高频高压环境下,可以优化效率,最大限度地减少开关损耗。

安全是最重要的,超电流和温度保护提高了应用设计的可靠性。此外,软启动和过载保护等功能确保了适当的应急电源选择,凸显了智能集成在汽车创新中的关键作用。