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分布式电源架构驱动新能源汽车普及,助力走向电动汽车时代

2021-10-09 10:10:37    来源: 中国汽车报网

9月28日,德州仪器 (TI)举办了新品1.5W隔离式直流/直流偏置电源模块UCC14240-Q1媒体发布会。德州仪器(TI)汽车系统工程与市场营销部门总监Ryan Manackt表示,TI通过全新的易用型偏置电源模块,工程师可以将电源解决方案的尺寸减小一半,满足系统小型化和轻量化需求。

“电动汽车动力系统需要采用更先进且体积更小的集成式变压器模块。”在采访中,Ryan Manackt对记者说:“由于减轻了电源及系统的重量,再加上误差不超过1%的高精度输出电压,1.5W隔离式直流/直流偏置电源模块UCC1420-Q1的驱动范围可增加20%以上。使用类似SiC这样的逆变开关,能以高精度、高效率的方式运行并直接影响牵引逆变系统的运行效率。”

助力走向电动汽车时代

当前汽车行业正在发生巨大变化,加快向电动汽车过渡。到20250年,预计将有多达30%的新车为电动汽车。在Ryan Manackt看来,现在最大挑战是成本。如今,每千瓦时的均电价已超过1000美元。到2024年,价格预计将跌至100美元以下。随着越来越多的公司接受电动汽车并对其技术进行创新,价格还将继续下降。而且,随着价格的下降,电动汽车的行驶范围正在增加。现在最新的电动汽车一次充电可以行驶480公里以上。加上行驶距离和充电站数量的增加,越来越多的消费者希望能够购买电动汽车。

Ryan Manackt介绍,TI目标是降低汽车制造商的生产成本和消费者的购买价格。高能和高效的电动机是内燃机的替代品。与内燃机相比,电动机在较低的速度下可以产生更大的扭矩,它们更简单易用,运动部件更少,这使得它们更容易维修。它们还可以作为发电机以在制动时获取能量。控制电动机需要先进的电子器件,确保稳安全的行驶 。

TI是逆变器和电机控制的创新者,开发C2000和基于ARM内核的MCU、电流和电压传感器、信号隔离器、通信芯片和隔离式栅极驱动器等技术。隔离式栅极驱动器是系统的关键部分,它通过开启和关闭IGBT或SiC、MOSFET等器件来控制在电机中流动的能量。这些隔离式栅极驱动器需要合适的偏置电源来控制SiCFET或IGBT。

分布式电源架构渐成趋势

Ryan Manackt认为,电动汽车的偏置电源正在发生变化。工厂自动化和机器人等其他应用中的传统电机控制使用具有多个输出绕组的集中式电源为隔离式栅极驱动器提供电压。虽然这些电路已经存在了几十年而且众所周知,但汽车对安全和冗余的严格要求以及追求更轻重量和降低高度的趋势变得更加重要。简而言之,具有外部变压器的偏置电源(如反激式和推挽式控制器)的高度、重量和面积阻碍了其在轻量级电子产品中使用分布式架构。

分布式电源由六个偏置电源组成,且能够将解决方案尺寸缩小至3.5mm高,能够焊接在PCB的每个方面。如果在电源上遇到挑战,如10V及以上的高压电源等情况,需要不同的电源配置进行适配。但可以确定的是,使用UCC14240-Q1能够提高功率密度、实现超低EMI以及1%的精度。

传统系统使用单一变压器为各个组件供电,这给现实应用带来了挑战。一是单一变压器体积大、成本高,并且占据相当大的空间,且在结构振动控制方面表现不佳。此外,一旦该变压器或电源出现问题,整个系统亦会瘫痪。而在分布式系统中,如果某个偏置电源或栅极驱动器出现故障,其余五个偏置电源仍在工作,汽车也将进入安全模式,自动停靠在路边等待下一步操作。分布式架构实现了体积更小、重量更轻,抗振更佳的优点。

当记者提及一辆电动汽车会需要多少集成式变压器模块时,Ryan Manackt告诉记者,电动汽车的变压器数量庞大,可能多达50~60个偏置电源,在每个牵引逆变器电机中占6个,在PFC, DC/DC, 车载充电器,以及12伏电池辅助DC/DC电路中占到30个。如果能够在这50个变压器的基础上进行优化,减轻重量与体积,就可以在各方面实现显著的提升。除此之外,此解决方案还支持高开关频率与宽带隙技术。

(黄霞)

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