爱游戏-电动汽车和混动汽车DC

[导读]DC-DC 转换器是汽车的主要构成部门，它可以经由过程电压转换为各类车载系统供电，例如日趋复杂的车载信息文娱系统、利用高级驾驶辅助系统（ADAS）实现的加强平安功能等。 DC-DC转换器是汽车的主要构成部门，它可以经由过程电压转换为各类车载系统供电，例如日趋复杂的车载信息文娱系统、利用高级驾驶辅助系统（ADAS）实现的加强平安功能等。 包罗纯电动汽车和夹杂动力汽车（HEV）在内的电动汽车（EV）的日趋普和也带动了全部市场对DC-DC转换器的需求。 下面，本文将介绍一些有助在开辟更高效DC-DC转换器的行业趋向和手艺。 夹杂动力汽车和电动汽车有多种架构转变。图 1和图2显示的是这些架构的简化框图。年夜容量电池供给的高压（HV）总线可驱动强夹杂动力或并联夹杂动力和纯电动汽车的动力总成系统。 图 1. 强夹杂动力/全夹杂动力汽车的简化框图 图 2. 轻夹杂动力汽车的简化框图 DC-DC转换器是这两种架构中的要害零部件，它将较高的总线电压（轻夹杂动力汽车为48 V；电动汽车/夹杂动力汽车为数百伏）转换为传统的12 V电源总线电压，以便为年夜大都电气负载供电。本文将重点切磋这类DC-DC转换器的摹拟、设计、调试、验证和制造测试。 行业趋向若何影响电动汽车设计和电动汽车DC-DC转换器测试 在全部DC-DC转换器开辟周期中，设计和测试环节都面对着极年夜的降本增效压力。年夜大都DC-DC转换器采取基在水冷布局的硅基（Si）功率转换器设计。在设计和测试进程中需要利用蓄水池、泵和软管来冷却DC-DC转换器，这给设计和测试工程师转嫁了额外的冷却本钱。 是以，为了最年夜水平地削减液冷模块的数目，制造商会将多个电源转换器利用集成到一个模块中（如DC-DC转换器和板载充电器等）。 别的，设计师已最先采取基在宽禁带（WBG）器件的新型功率半导体手艺。与硅比拟，碳化硅（SiC）和氮化镓（GaN）这两种领先手艺具有一些显著的优势。 功率效力 WBG 器件的开关速度比硅器件快很多，是以可以或许最年夜水平地削减电源转换进程中的功率消耗（开关消耗）。别的，频率越高，磁性元器件的尺寸就越小，进一步下降了设计本钱。 高压运行 与硅基器件比拟，WBG器件可在更高的电压（600 V以上）下工作。如许，高压总线架构就可以以更少的电流（即小直径电线）为混动/电动汽车组件供电，削减了线束的重量。 高温运行 宽禁带器件的热传导性和熔点决议了它可以或许在 300°C 以上的高温运行。这类能力对要求高温运行的混动/电动汽车利用来讲，是更靠得住的解决方案。 仿真宽禁带器件设计 在功率转换器设计中，宽禁带器件的呈现让DC-DC转换器的仿真和设计变得江南体育加倍复杂。GaN 和 SiC 器件制造商都有杰出的工艺把控，是以不会对器件进行年夜量表征。可是用户却需要逐一测试，以肯定宽禁带器件在其设计是不是合用。别的，传统的“集平分析”式仿真用具有快速开关的特征，因此不克不及对宽禁带功率转换器的设计供给切确仿真（拜见图 3）。 功率晶体管在进行开关转换时，传统模子/仿真显示的仿真成果（粗线）与测得成果（晕线）之间存在显著不同。结果欠安的仿真会致使设计延迟，增添本钱，由于设计师需要不竭地反复，以便下一个样本可以或许实现预期的工作结果。杰出的仿真还助在提高直流对直流转换器设计的靠得住性！ 图 3. 传统模子/仿真成果 - 资料来历：罗姆半导体公司 双向测试 跟着愈来愈多的DC-DC转换器变成双向，丈量两边向的功率流时，需要测试装备有能力为DC-DC转换器供给功率和接收功率。传统上，这是经由过程并联电源与电子负载来实现的。但是，外部电路（如禁止电流流入电源的二极管）和沉重的“双仪器”编程凡是不撑持在供给功率和接收功率之间进行流利的旌旗灯号转换，从而致使对工作前提的仿真不敷正确。 电子负载凡是会消失从DC-DC转换器传输过来的功率。但消失的功率会逐步积累热量，这在同步利用多个DC-DC转换器进行测试的利用中尤其较着。因为需要去失落电子负载中的热量， 它们凡是尺寸很年夜，需要操纵电扇强迫冷却，或用水冷却。 靠得住性和平安性不经测试必有隐患 在浩繁DC-DC转换器设计中，跟着功率半导体新手艺的利用，需要进行更多的设计验证和靠得住性测试，才能确保在严格的汽车运行前提下承受住时候的考验。固然，验证和靠得住性测试也意味着更高的本钱，还会是以下降混动汽车/电动汽车的竞争优势。假如混动汽车/电动汽车中利用的直流对直流转换器由于某些缘由存在质量问题，那末，一旦测试不到位就会致使极高的风险。 设计人员、手艺人员和操作人员在测试DC-DC转换器时，必需要对转换器中利用的功率和电压电平非分特别谨慎。混动汽车/电动汽车中DC-DC转换器的输入电压都跨越了 60 V 的平安电压限值，在出产进程中必需严酷遵照专用的平安规范（好比： NFPA 79 工业机械电气尺度）。 这些平安尺度要求配备一个冗余系统，确保测试系统在呈现故障时，不会让操作员接触到高压。冗余平安系统凡是颠末定制化设计，采取 PLC 逻辑从测试系统进行零丁操作。这会为制造测试系统增添额外的设计、本钱和复杂性。 最年夜水平地提高转换器效力 设计人员还一项挑战，就是要最年夜水平地提高转换器的效力。效力取决在良多身分，包罗温度、工作电压、额定功率百分比和其他情况前提。因为良多身分城市影响到效力，设计人员在进行设计测试时，很难四平八稳地仿真所有的前提。别的，设计人员还要在 95% 或更高效力中丈量到 0.1% 的效力转变，这需要具有极年夜动态规模的丈量仪器，凡是要求有 16 位或更高的分辩率。同时还需要切确的电流互感器和同步杰出的电流和电压波形，丈量挑战变得越发复杂。 在最年夜水平提高效力的这一进程中，还需连结电子动力传动系统的“全系统”运行。今朝，针对内燃机和电念头的动力推动和再生的各类组合已开辟出很多更高效的节制算法，因此，直流对直流转换器将在分派功率方面饰演主要脚色。为了验证直流转换器中的固件和验证功率传动组件中的节制算法，功率硬件在环（PHIL）仿真测试对在真实情况中测试全系统效力相当主要。 新兴解决方案 为了应对电动汽车DC-DC转换器设计和测试方面的挑战 ，一些全新的、立异型方案正在被开辟出来。 高频率的模子/仿真 因为宽禁带器件开关波形中存在高频率成份（起落时候 10 ns），这就需要利用高频率（或电磁）的模子和仿真器来切确仿真功率半导体行动。需要经由过程 EMI 仿真来领会直流对直流转换器对辐射和传导干扰的影响。 另外，工程师还需斟酌转换器邦畿中零部件的物理定位，和对半导体封装寄生效应和 PCB 效应进行表征。最后，因为温度对直流对直流转换器的设计影响庞大，热仿真和热阐发对领会冷却要求相当主要。 半导体工程师可觉得其转换器器件仿真采取实证阐发/数学模子，该模子中包罗高频表征（开关晶体管模子中“零偏”和导通状况的 S 参数丈量），和电子设计主动化软件。凭仗该手艺，他们可以或许显著改良仿真数据与测得数据的匹配度（拜见图 4）。 图 4. 高频下的模子/摹拟成果 具有再生能力的供给功率/接收功率集成系统 很多厂商都把集成式供给/接收解决方案引入到了在单个产物中。这些产物可以无缝地从供给电流（象限 1）转移到接收电流（象限 2），而无需利用外部电路或对零丁电源和电子负载进行同步编程（拜见图 5）。经由过程这类集成，系统可以或许利用流利的输出波形对双向直流对直流转换器在两个相反标的目的上的功率流进行正确仿真。 图 5. 供给/接收功率系统 当电力系统向DC-DC转换器供给功率时，年夜部门功率（取决在效力）会经由过程转换器达到汽车负载。当电力系统从DC-DC转换器接收功率时，功率必然要能被动力系统接收。但年夜部门电力系统（或电子负载）会以热量情势消失该功率，是以针对DC-DC转换器的功率电平（最年夜约 4 kW），需要用较年夜的尺寸为产物配备电扇。这就需要增年夜测试系统的尺寸和提高 HVAC 要求，以便去除举措措施中的热量。 在 5 kW 功率电平和以上，凡是会有供给/接收功率系统和电子负载，可以将功率再生（或返回）至交换电源（拜见图5）。这类手艺虽不克不及包管 100% 的效力，但仍可将年夜约90% 的功率传回到电网。这就只有 10% 的功率（在 5 kW 产物中为 500 W）会以热量情势被耗散。从而可以或许显著减小产物的尺寸，并下降去除测试系统情况热量所需的 HVAC 本钱。 对可再生解决方案而言，需要重点留意的是，“返回到交换电源中的功率有多清洁？” 假如从事出产工作，用户就会知道：返回到交换电源中的功率产生任何掉真城市被举措措施中的年夜量测试系统所放年夜。“脏电力”可能致使举措措施产生间歇性故障，需要隔离每一个测试系统的变压器，以便削减因不良再生而致使的问题。最好是让厂商确认其产物返给交换电源的功率可以或许包管低掉真度（拜见图 6）。 图 6. 对从再生功率系统返回交换电源中的功率进行总谐波掉真度和功率因数丈量；采取功率阐发仪进行丈量 DC-DC转换器模块的功能还在随市场需求不竭演化，是以，对它们的设计和测试还将继续布满挑战。正如本文所会商过的，这一市场的本钱压力还将延续存在，由于电动汽车和混动汽车还会继续进行溢价。新的手艺，好比更年夜容量的锂离子电池和宽禁带器件功率半导体，将鞭策这一市场成为主流市场。需要积极采取新的设计和测试手艺和方案，以撑持工程师连结DC-DC转换器的质量和靠得住性，同时最年夜限度下降没必要要的本钱。 作者：是德科技产物营销司理Brian Whitaker

欲知详情，请下载word文档 下载文档

罗德与施瓦茨(以下简称“R S”)和杜尔为经过空口(OTA)的车辆在环(VIL)测试开辟了一种立异、经济的解决方案。该解决方案可在出产线结尾(EOL)测试或按期手艺查抄(PTI)时代验证合适性和有用性。

要害字： ADAS 主动驾驶

【2024 年 5 月 14 日美国德州普拉诺讯】Diodes 公司 (Diodes) (Nasdaq：DIOD) 推出合适汽车规格*的 20Gbps 1:2 视频开关 PI3WVR14412Q，合用在车载信息文娱系统与...

要害字： ADAS 车载信息文娱系统

2023年5月，美国国度公路交通平安治理局（NHTSA）公布了一项打算，要求所有新型乘用车将主动告急制动（AEB）系统作为尺度设置装备摆设。简单来讲，AEB是车辆为避免潜伏变乱而主动启动刹车的进程。这是一种强力办法，可以或许下降碰撞...

要害字： 主动告急制动系统 ADAS

2024年4月10日,领先的高机能毗连解决方案供给商Valens Semiconductor(纽约证交所代码: VLN,以下简称Valens)公布与索尼半导体解决方案公司(以下简称索尼)合作完成了多厂商A-PHY链路的电...

要害字： 图象传感器 ADAS