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[导读]辅助电源单元在电池电动汽车(BEV)和混合动力电动汽车(HEV)的电源应用中无处不在,对于为控制、通信、安全、驱动等通常低于20 V的各种低压子系统供电至关重要,而且,电源本身的电源可能来自+400 V直流高压总线,如车载充电(OBC)系统或48 V或12 V电池电压轨。在如此广泛的应用范围内,对辅助电源的要求非常多样化,因而市场上产生了无数替代方案和运用。

辅助电源单元在电池电动汽车(BEV)和混合动力电动汽车(HEV)的电源应用中无处不在,对于为控制、通信、安全、驱动等通常低于20 V的各种低压子系统供电至关重要,而且,电源本身的电源可能来自+400 V直流高压总线,如车载充电(OBC)系统或48 V或12 V电池电压轨。在如此广泛的应用范围内,对辅助电源的要求非常多样化,因而市场上产生了无数替代方案和运用。

尽管这些电源是辅助系统,但仍需要确保高可靠性和稳定性,因其在为关键模块供电,如可能包括核心控制器的逻辑级电路,或导通和关断功率金属氧化物硅场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)的门极驱动器。同时,要求紧凑的设计和出色的性价比,因为这些系统不是应用的核心部分,因此应花费尽可能少的资源来完成工作。安全也是最重要的,在大多数情况下,系统必须符合汽车标准,也规定了电磁干扰限制。而且,适应广泛的输入电压范围和适应不同用例的灵活性,使其脱颖而出。最后同样重要的是,辅助电源需要提供高压隔离,特别是如果法规规定,或功能隔离,以实现可靠的运行。

汽车高压辅助电源

根据应用相应的上述要求,辅助电源用在不同的拓扑结构-反激、升压、降压-升压等。它们可采用替代的开关机制,如:准谐振或固定频率,并利用集成或分立技术来传输所需的功率。

图1.基于反激式拓扑的隔离型辅助电源原理图,工作在准谐振峰值电流模式控制下

安森美半导体最近推出了四个新方案:高压辅助电源,适用于基于800 V和400 V电池的BEV和PHEV并提供15 W或40 W功率,以及用于IGBT和碳化硅(SiC) MOSFET驱动器的隔离型电源。这些方案解决上述挑战并满足所需要求。

SECO-HVDCDC1362-15W15V-GEVB和SECO-HVDCDC1362-40W15V-GEVB是极高能效和灵活的初级端调节(PSR)辅助电源,优化用于BEV和PHEV汽车动力总成。这些设计可在250 V至900 V的宽输入直流电压范围内提供稳定的15 V,因此适用于400 V和800 V电池系统。

该方案利用NCV1362准谐振峰值电流PSR反激控制器、成本优化的NVHL160N120SC1 160mΩ1200 V碳化硅(SiC) MOSFET和FFSD0665B-F085 SiC二极管的多种优点。得益于SiC FET的高阻断电压能力和超低门极电荷(34 nC)值,开关损耗显著减小,该设计表现出出色的能效,在低交流电条件下高达86%。 NCV1362控制器出色的驱动能力支持SiC FET在12 V下直接运行,而无需预驱动器,从而简化了布局并减少了物料单的内容。反激式变压器提供4 kV的隔离度,且完全通过汽车级半导体和无源器件实现。

图2. SECO−HVDCDC1362−15W15V−GEVB的能效

图3. SECO−HVDCDC1362−15W15V−GEVB框图

图4.15 W高压辅助电源的优势

(SECO−HVDCDC1362−15W15V−GEVB)

SECO-LVDCDC3064-IGBT-GEVB是IGBT驱动器的隔离电源,提供所需稳定电压轨 (-7.5 V和15 V,每个分路50 mA),实现在宽输入电压范围(6 Vdc至18 Vdc)高效开关。还提供了额外的+7.5 V电源轨,以支持任何其他较低电压逻辑。该系统利用NCV3064 DC-DC转换器,实现紧凑而稳定可靠的设计,最小化材料单内容。该板完全采用汽车认证的器件实现,并且与商用IGBT DC - DC电源引脚兼容,从而提供了开箱即用的隔离型驱动器电源方案。使用相同NCV3064的另一个SiC变体SECO-LVDCDC3064-SIC-GEVB [1]将适用于SiC MOSFET开关,为门极驱动器提供+ 20 V /-5V电压轨。

图5.1.5 W IGBT隔离型驱动器电源的优势 (SECO-LVDCDC3064-IGBT−GEVB)

图6. SECO-LVDCDC3064-IGBT−GEVB框图

新的电源设计用于400 V和800 V电池系统,隔离型电源用于IGBT和SiC门极驱动器,都经过专门设计,可直接集成到应用系统中。

安森美半导体用于汽车辅助电源方案的广泛产品和工具阵容,有助于满足每种应用的要求并提供最佳方案。除了AC-DC控制器和稳压器、DC-DC控制器和稳压器、功率MOSFET、二极管和保护器件的全面产品阵容,以充分实现广泛的设计,我们还提供广泛的硬件和软件评估以及开发工具帮助工程师,可加快开发阶段并缩短新产品的上市时间。

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