簡介

　　48 V/12 V電池系統(tǒng)在汽車領域的應用指日可待,。過去幾年,，世界上大多數(shù)主要的汽車制造商都在努力證明其系統(tǒng)的適用性。目前來看,，很明顯這些系統(tǒng)有望在短期內實現(xiàn),。在實現(xiàn)無人駕 駛,、真正自動駕駛的全自動乘用車的漫長而艱苦的過程中，這是一個必要而關鍵的一步,。盡管如此,，這并不意味著12 V電池將退出市場；因為已安裝的車輛中存在太多舊系統(tǒng),，所以不可能 出現(xiàn)這種情況,。也就是說自動駕駛汽車將同時使用12 V電池和48 V電池。

　　圖1. 新一代汽車將采用12 V和48 V電池供電

　　這意味著車輛的內部系統(tǒng)將使用 48 V鋰離子(Li-Ion)電池或12 V封閉式鉛酸(SLA)電池,，但不能同時使用這兩種,。然而,，由于這兩種電池各自的化學性質，除了要為其設計兩個獨立的充電電路外,，還必須使用一種機制,，允許電荷在其之間流動而不會對電池或車內任何系統(tǒng)造成任何損害。除此之外,，考慮到其中一種電池在運行時出現(xiàn)故障的情況，使用兩種電池可提供冗余電源,。

　　雖然這肯定會使車輛內各種電氣子系統(tǒng)的設計復雜化,，但也存在一些優(yōu)點。據(jù)一些汽車制造商稱,，基于48 V的電氣系統(tǒng)可使內燃機車輛的燃油經(jīng)濟性提高10%至15%,，從而減少二氧化碳排 放。此外,，未來使用48 V/12 V雙系統(tǒng)的車輛將允許工程師集成獨立于發(fā)動機負荷運行的電動助推器技術,，從而可提高加速性能。此類電動增壓器已處于開發(fā)的高級階段,，并且將位于引氣系統(tǒng)和中冷冷卻器之間,，使用48 V電壓軌使渦輪葉片旋轉。

　　全球范圍內的燃油經(jīng)濟法規(guī)越來越嚴格,，而聯(lián)網(wǎng)的自動駕駛功能在新型汽車上日益普及,。因此，12 V汽車電氣系統(tǒng)已經(jīng)達到了其可用功率的極限,。與此同時,，這些變化似乎還不夠，汽車電 子系統(tǒng)需求也顯著增長,。加上相關的功率需求,，這些變化創(chuàng)造了一系列全新的工程機遇。顯然,，3 kW功率極限的12 V鉛酸電池汽車系統(tǒng)必須得到補充,。

　　此外，還存在影響這些系統(tǒng)工作方式的新汽車標準,。新提出的汽車標準（稱為LV 148）將二級48 V總線與現(xiàn)有汽車12 V系統(tǒng)合而為一,。48 V電源軌包括一個集成起動發(fā)電機(ISG)或皮帶起動發(fā)電機、48 V鋰離子電池以及一個雙向DC-DC轉換器,，可從48 V和12 V電池提供10 kW級的能量,。該技術適用于傳統(tǒng)內燃機汽車、混合動力汽車和輕度混合動力汽車,，可幫助汽車制造商滿足日益嚴格的二氧化碳排放目標,。

　　面向48 V/12 V電池系統(tǒng)的全新電源解決方案

　　此新標準要求12 V總線繼續(xù)為點火,、照明、信息娛樂和音頻系統(tǒng)供電,。而48 V總線將為主動底盤系統(tǒng),、空調壓縮機、可調懸架,、 電動增壓器/渦輪增壓器供電,，甚至還將支持制動能量回收。

　　在車輛中增加一個48V供電網(wǎng)絡并非沒有重大影響,。電子控制單元(ECU)將受影響,，且需要將其工作范圍調至更高電壓。這就要求DC-DC轉換器制造商采用專用的IC,，以實現(xiàn)這種高功率傳輸,。

　　于是，ADI公司Power by Linear? (PbL)產(chǎn)品部門設計開發(fā)了一些DC-DC轉換器,，能夠以非常高的效率實現(xiàn)這一能量轉換,，從而在節(jié)能的同時最大限度地減少了散熱設計方面的問題。

　　顯然,，這需要在12 V和48 V電池之間使用一個雙向降壓和升壓DC-DC轉換器,。這種轉換器可用于為其中任何一個電池充電，并且可以讓兩個電池同時為同一個負載供電（如果系統(tǒng)要求）,。 從傳統(tǒng)角度來看,，這些最初的48 V/12 V雙電池DC-DC轉換器設計采用了不同的功率組件進行降壓和升壓。

　　ADI的PbL產(chǎn)品部門最近推出了一款雙向DC-DC控制器LT8228,，它采用與降壓轉換相同的外部功率組件進行升壓轉換,。

　　LT8228（如圖2所示）是一款具有獨立補償網(wǎng)絡的100 V雙向恒流或恒壓同步降壓或升壓控制器。電源的流動方向由LT8228自動決定,，或由外部控制,。輸入和輸出保護MOSFET用于防止出現(xiàn)負電壓，控制浪涌電流,，并在開關MOSFET短路等故障條件下在端子之間提供隔離,。在降壓模式下，V1端子的MOSFET保護可防止出現(xiàn)反向電流,。在升壓模式下,，相同的MOSFET通過一個可調整的計時器斷路器控制輸出浪涌電流并進行自我保護。

　　圖2. 簡化的雙向電池備用系統(tǒng)配置中的LT8228

　　此外,，LT8228還具有雙向輸入和輸出限流和獨立電流監(jiān)控功能,。無主、容錯均流允許增加或刪除任何并聯(lián)的LT8228,，同時確保均流精度,。內部和外部故障診斷和報告可通過故障和報告引腳獲得,。LT8228采用38引腳TSSOP封裝。

　　LT8228是一款具有MOSFET保護功能的100V雙向峰值電流模式同步控制器,。在降壓模式下,，控制器由輸入電壓V1提供降壓輸出電壓V2；或者在升壓模式下,，由輸入電壓V2提供升壓輸出電壓V1,。 輸入和輸出電壓最高可設置為100 V。工作模式可通過DRXN引腳由外部控制,，或自動選擇,。此外，LT8228可對V1和V2端子提供MOSFET保護,。MOSFET可防止出現(xiàn)負電壓，在出現(xiàn)內部或外部故障 時,，在輸入和輸出端口之間提供隔離保護,，還提供逆流保護以及浪涌電流控制。在電池備用系統(tǒng)等應用中,，雙向功能允許使用高電壓或低電壓電源為電池充電,。當電源不可用時，電池可提供經(jīng)過升壓或降壓處理的電源,。

　　為優(yōu)化瞬態(tài)響應,，LT8228采用兩個誤差放大器：升壓模式下的EA1和降壓模式下的EA2，分別帶有獨立的補償引腳VC1和VC2,。當在輕載運行等條件下檢測到反向電感電流時,，控制器在斷續(xù)導通模式下工作。LT8228在降壓和升壓模式下使用以下四個引腳進行輸入和輸出限流編程：ISET1P,、ISET1N,、ISET2P和ISET2N。此外,，控制器利用IMON1和IMON2引腳提供獨立的輸入和輸出電流監(jiān)控,。在整個輸入和輸出電壓范圍（0 V至100 V）內，限流編程和監(jiān)控功能均有效,。

　　此外,，LT8228可提供無主、容錯輸出均流,，可用于多個并聯(lián)LT8228,，從而實現(xiàn)更高的負載電流，更好的散熱管理和冗余性,。每個LT8228均可調節(jié)至平均輸出電流,，無需使用主控制器,。當禁 用單個LT8228或在故障條件下，它會停止向平均總線輸出電流,，從而使均流方案具有容錯能力,。

　　其他特性包括：

　　反饋電壓容差：±0.5%（全溫度范圍內）

　　雙向可編程電流調節(jié)與監(jiān)控

　　擴展的自測、診斷和故障報告

　　可編程固定或同步開關頻率：80 kHz至600 kHz

　　可編程軟啟動和動態(tài)限流

　　無主,、容錯均流

　　結論

　　LT8228通過使用相同的外部功率組件進行降壓和升壓,，可提高48V/12 V雙電池DC-DC汽車系統(tǒng)的性能、控制功能并簡化設計,。它可根據(jù)需要在48 V總線至12 V總線降壓模式或12 V至48 V升壓模式下工作,。啟動汽車或需要額外電源時，LT8228允許兩個電池同時向同一負載供電,。功率轉換設計人員利用這個功能多樣的雙向轉換器,，可以輕松地配置未來全自動駕駛汽車所需的12V和48 V電池系統(tǒng)。

　　作者

　　Tony Armstrong

　　Tony Armstrong是ADI公司Power by Linear產(chǎn)品部的產(chǎn)品營銷總監(jiān),。他負責電源轉換和管理產(chǎn)品從上市到停產(chǎn)的所有事務,。加入ADI之前，Tony在凌力爾特,、Siliconix Inc.,、Semtech Corp.、Fairchild Semiconductors和Intel擔任過營銷,、銷售和運營方面的不同職位,。他擁有英國曼徹斯特大學應用數(shù)學（榮譽）學士學位。Tony于2020年春季退休,。