《電子技術(shù)應(yīng)用》
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汽車電氣化如何發(fā)展電壓電源板網(wǎng)

2020-10-27
來源:德州儀器

隨著自動(dòng)駕駛功能以及舒適性,、便利性和信息娛樂功能需求的不斷增長(zhǎng),,汽車內(nèi)對(duì)電能的需求日益增長(zhǎng),。當(dāng)今汽車具有越來越多的傳感器,、執(zhí)行器以及讀取傳感器并控制執(zhí)行器的電子控制模塊(ECU),。與此同時(shí),對(duì)混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車的需求不斷增長(zhǎng)使得能效成為重要的設(shè)計(jì)目標(biāo),。畢竟,,提高效率會(huì)增加車輛的行駛距離。

為提高電源效率,,汽車設(shè)計(jì)工程師正在汽車中實(shí)現(xiàn)高壓電源板網(wǎng),。使用較高電壓的電源板網(wǎng)不僅有助于減輕車輛整體重量(例如,通過減少線束重量減重),,而且還無需進(jìn)行電壓電平轉(zhuǎn)換,,因?yàn)檩^高的電壓可直接為執(zhí)行器供電。

盡管看似使用單個(gè)高壓電源板網(wǎng)是最好的選擇,,但實(shí)際上,,不同執(zhí)行器和ECU的功率要求不斷變化,這促使汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員在車輛中安裝兩到三個(gè)電壓電源板網(wǎng),。

本文中,,我們將討論汽車設(shè)計(jì)師在下一代汽車架構(gòu)中考慮的電壓電源板網(wǎng)。我們還將為您提供產(chǎn)品系列和資源,,幫您解決與不同電源板網(wǎng)相關(guān)的各類技術(shù)挑戰(zhàn),。

圖1所示為基于不同車輛類型的車輛中不同的電壓電源板網(wǎng)可能性。

 

圖片1.png

圖1:車輛電壓電源板網(wǎng)

使用12V電源板網(wǎng)為控制模塊供電

根據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)7637-2和ISO 16750-2標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,,傳統(tǒng)的12 V電源板網(wǎng)具有寬電壓范圍,。盡管基于內(nèi)燃機(jī)的汽車,這些要求不太可能改變,,但在混合動(dòng)力和電動(dòng)汽車中使用12 V電壓可能會(huì)導(dǎo)致最大電壓降低,,尤其是如果12 V總線沒有交流發(fā)電機(jī)(也就是說,如果12V電源板網(wǎng)所需的所有電源都來自用于從高壓降壓到12V的高效DC/DC轉(zhuǎn)換器)這種情況下,,可使用低輸入電壓穩(wěn)壓器在ECU中實(shí)現(xiàn)電源管理解決方案,。

設(shè)計(jì)師可靈活地解決由12V電源電源板網(wǎng)絡(luò)供電的控制模塊中的各類技術(shù)挑戰(zhàn)。這些控制模塊具有一系列符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品,,如電源管理,、放大器、收發(fā)器,、電機(jī)驅(qū)動(dòng) 和 智能電源開關(guān),。

應(yīng)對(duì)48V電源板網(wǎng)中的挑戰(zhàn)

48V電源板網(wǎng)通常用于為需要更高功率的負(fù)載供電。由48 V供電的特定負(fù)載取決于車輛類型,。無論模塊類型如何,,連接到48 V電源板網(wǎng)的控制模塊都將需要高效,、高功率密度且能夠承受ISO 21780中規(guī)定的工作電壓要求的電源管理器件。如果ECU也連接到12V電源板網(wǎng)上,,則模塊也需要功能隔離,。具有功能安全性的高效多相48V柵極驅(qū)動(dòng)器可驅(qū)動(dòng)諸如皮帶起動(dòng)發(fā)電機(jī)或HVAC交流壓縮機(jī)模塊等48V執(zhí)行器。對(duì)功能安全性的需求推動(dòng)了對(duì)諸如負(fù)載電流感測(cè)的其他診斷電路的需求,。在48V電池管理系統(tǒng)中,,部署48V電源電源板網(wǎng)還需要高效、精確的充電狀態(tài)和健康狀態(tài)管理,。

為提高效率,、增強(qiáng)功率密度并在48 V電源板網(wǎng)系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)功能安全,設(shè)計(jì)人員可使用降壓穩(wěn)壓器,、三相柵極驅(qū)動(dòng)器 和 電池管理系統(tǒng)以及廣泛的電流和電壓感應(yīng)放大器產(chǎn)品組合,。 

最大化高壓電源板網(wǎng)

電動(dòng)汽車的電池系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生更高的電壓。諸如牽引逆變器和HVAC交流壓縮機(jī)模塊等高功率負(fù)載直接由高壓電源板網(wǎng)供電,。這意味著用于驅(qū)動(dòng)這些高壓負(fù)載的功率級(jí)需要承受高工作電壓,,且需要高共模瞬變抗擾度(CMTI)。此外,,實(shí)現(xiàn)緊湊型解決方案需要高功率密度的柵極驅(qū)動(dòng)器和功率級(jí),。使用多個(gè)電源板網(wǎng)還需在控制模塊內(nèi)的低壓域和高壓域之間進(jìn)行隔離,以確保正常運(yùn)行,。高壓的使用可能要求設(shè)計(jì)不僅滿足電氣安全要求,而且要滿足功能安全要求,。后者的要求有必要實(shí)現(xiàn)診斷功能,,從而在這些系統(tǒng)中產(chǎn)生額外電流、電壓和溫度感測(cè)解決方案,。此外,,還需要具有精確充電狀態(tài)和健康狀態(tài)管理并保持更佳的電池均勻性的高效高壓電池管理系統(tǒng)。

高壓柵極驅(qū)動(dòng),、電池管理系統(tǒng),、電源和信號(hào)隔離器 和高速運(yùn)算放大器是廣泛的產(chǎn)品組合,設(shè)計(jì)人員可使用這些產(chǎn)品優(yōu)化并應(yīng)對(duì)高壓控制中的效率,、功率密度,、功能安全性和可靠性挑戰(zhàn)模塊。

從低電壓到高電壓的設(shè)計(jì)

汽車設(shè)計(jì)工程師可從多類模擬和嵌入式半導(dǎo)體器件中進(jìn)行選擇,,以用于12V,、48V和高壓電源板網(wǎng)。這些產(chǎn)品可靈活地設(shè)計(jì)具有高效ECU的車輛體系結(jié)構(gòu),,并有助于實(shí)現(xiàn)功率密度,、可靠性和功能安全性設(shè)計(jì)目標(biāo)。

其他資源:

參見我們的車輛電氣化產(chǎn)品和設(shè)計(jì)資源。


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