赋能无人机，星逻智能完成1000万元Pre-A轮融资
06-17
电动汽车 (EV) 和混合动力电动汽车 (HEV) 不断发展，其中的电子设备也在不断变化。
越来越多的电子设备在这些车辆的整体结构和功能中发挥着重要作用。
然而，司机并没有改变。
他们仍然希望自己的电动和混合动力汽车行驶更远、价格更便宜、充电更快并保证安全。
那么设计师如何才能以更低的成本为他们提供更多的服务呢？ 随着对安全性、功率密度和电磁干扰 (EMI) 的要求日益严格，出现了不同的电源架构来应对这些挑战，包括为每个关键负载架构提供独立偏置电源的分布式电源。
电动汽车中的传统电源架构 汽车设计工程师可以根据电动汽车的电源需求设计某些电源架构的解决方案。
图 1 所示的传统方法是集中式电源架构，使用中央变压器和偏置控制器为所有栅极驱动器生成偏置电压。
图 1：HEV/EV 牵引逆变器中的集中式架构 集中式架构因其成本较低而一直是流行的解决方案，但这种架构可能难以管理故障和稳压，并且布局具有挑战性。
集中式架构还容易受到更多噪音的影响，并且系统区域内的组件更高、更重。
最后，随着可靠性和安全性成为首要任务，集中式架构中的电源缺乏冗余，如果偏置电源中的单个元件发生故障，可能会导致大型系统故障。
部署分布式架构可以防止电源故障，从而使系统更加可靠。
通过分布式架构实现高可靠性 如果牵引逆变器电机中的小型电子元件在汽车以 65 英里/小时的速度行驶时发生故障，您最不希望发生的就是发动机突然故障。
或者完全停止。
动力总成系统内的安全冗余和备用电源已成为确保安全性和可靠性的标准配置。
分布式电源架构在每个栅极驱动器附近分配一个专用的、本地的、易于调节的偏置电源，以满足电动汽车应用环境中的可靠性要求，从而提供冗余并提高系统对单点故障的响应能力。
例如，如果与栅极驱动器关联的偏置电源之一发生故障，其他五个偏置电源及其关联的栅极驱动器仍将正常运行。
如果六个栅极驱动器中的五个仍然正常工作，则电机可以以良好控制的方式减速并关闭，或者可能继续运行。
通过这种动力系统设计，车内乘客甚至不会意识到存在问题。
外部变压器偏置电源（例如反激式和推挽式控制器）又高又重且占用面积大，阻碍了分布式架构在轻型电子设备中的使用。
电动汽车电源系统需要更先进的器件，即更小的集成变压器模块，例如UCC0-Q1隔离式DC/DC偏置电源模块，它将变压器和元件集成到优化的薄型平面磁性元件模块解决方案中。
将平面变压器集成到IC尺寸的封装中可以显着减小电源系统的尺寸、高度和重量。
UCC0-Q1 集成了变压器和隔离，可提供简单的控制和低初级至次级电容，从而提高密集和快速开关应用中的共模瞬态抗扰度 (CMTI)。
完全集成初级侧和次级侧控制和隔离，可在单个器件中实现稳定的 ±1.3% 隔离 DC/DC 偏置电源。
通过实现 1.5W 的输出功率，即使在高达 °C 的温度下，UCC0-Q1 也可以为分布式架构中的栅极驱动器供电，如图 2 所示。
图 2：使用 UCC0 的电动/混合动力汽车牵引逆变器中的分布式架构-Q1 分布式架构中驱动动力总成系统的额外考虑因素 电动汽车需要高标准的可靠性和安全性，而这一要求将渗透到各种功率转换电子器件中。
组件必须在 °C 及以上的环境温度下以受控且经过验证的方式运行。
隔离栅极驱动器需要“智能”并包含多种安全和诊断功能。
为系统中的栅极驱动器和其他电子设备供电的低功耗偏置电源也需要改进，包括实现低 EMI。
UCC0-Q1 利用 TI 的集成变压器技术，结合 3.5pF 初级到次级电容变压器，可降低高速开关产生的 EMI，并轻松实现超过 V/ns 的 CMTI。
在分布式架构中使偏置电源靠近隔离式栅极驱动器可确保更简单的 PCB 布局以及更好地调节为栅极驱动器供电的电压，从而最终驱动电源开关的栅极。
这些因素可以提高牵引逆变器的效率和可靠性，通常允许其在 kW 至 kW 范围内运行。
这些高功率系统需要更高的效率以确保更小的热损失，因为热应力是组件故障的主要原因之一。
随着这些电动汽车电源系统对功率的要求越来越高，是时候考虑使用碳化硅和氮化镓电源开关来实现更小、更高效的电源了。
这两种半导体技术各有一些优点，但与成熟的传统绝缘栅双极晶体管相比，需要更严格的栅极驱动器电压调节。
它们还需要在安全隔离栅上提供低电容和高 CMTI 的组件，因为它们可以比以前想象的更快地切换高电压。
未来电动汽车将朝着更高可靠性和更长续航里程的方向发展 驾驶员将继续期望以更低的价格获得更低的排放、更长的续航里程、更高的安全性和可靠性以及更多功能的车辆。
只有电力电子技术不断进步，包括电源架构及其相关隔离栅极驱动器和偏置电源的创新，才有可能满足电动汽车的这些需求。
切换到分布式电源架构极大地提高了隔离高压环境中的可靠性，但挑战在于额外的组件会导致更高的重量和尺寸要求。
全集成电源解决方案，例如以高频开关的 UCC0-Q1 偏置电源模块，可节省系统级空间并实现轻量化。
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