白皮书作者:Arthur Russell,首席应用工程师
使用 DCM 为 HEV/EV 电气系统配电
混合动力电动汽车和纯电动汽车(HEV 和 BEV)在汽车配件方面通常处于领先地位,如多个车载计算机、信息娱乐系统、数十种分布式控制模块,以及高强度照明、摄像头、车道感知监控等汽车等。所有这些汽车配件都采用 12V 电源以及其它常见电动汽车负载,如车窗除雾器和恒温风机等。典型汽车交流发电机的额定电流通常为 50 – 70A。
但混合动力汽车和纯电动汽车没有持续运行的内燃机,因此无法使用常见的机械驱动交流发电机为这些配件供电,并维护其 12V 标准汽车电池。同理,混合动力汽车和纯电动汽车也没有传统汽车上的机械驱动动力转向泵和空调压缩机。即使是一些看似简单的系统,如动力刹车(切断 ICE 歧管真空电源),在混合动力汽车中也需要不同的解决方案。
在电动汽车场景中,大多数以前的机械动力系统现在都按电气用电系统实施。动力转向现在是一种大功率电动线控驱动系统,空调使用无刷直流或三相交流电机驱动压缩机,甚至驻车制动也使用电机电力驱动卡钳。这些系统明显增大了对安全接触 12V 电源的需求。
DC-DC 转换器模块 (BCM)
图 1:使用 PowerBench 白板的典型电动汽车或混合动力电动汽车应用中的 DCM。
DCM™ 是一种隔离、稳压的 DC-DC 转换器。该产品线包括宽范围输入的离线(高压)系列,以及面向工业或传统汽车应用优化的低输入电压系列。DCM 可在宽输入电压范围内实现极高的功率密度,不仅支持通常超过 50% 的输出电压调整,而且在过载场景下,还支持软启动及恒流工作模式。DCM 阵列实施简单,其内建的负载线可实现多达 8 个模块的无线阵列,功率高达 4.8kW。
辅助电源模块需求 (APMs)
电动汽车使用辅助电源模块 (APM) 代替交流发电机。APM 将主牵引电池的高压降压转换为额定 12V 系统的稳压低压母线,并在两者之间保持电气隔离。需要稳压限制 12V 配件电池的充电电流,,并提供电池充电状态的温度补偿维护。之所以需要隔离,是因为驾乘人员可能接触到 12V 系统和车辆底盘,必须与高压牵引电池系统带来的电击危险绝缘。
对于乘用车而言, 1.8kW 或 13.8V 、 130A 的 APM 并不少见。对于短途通勤车或电动摩托车等更基本的车辆平台,APM 功率更低。
DCM 针对 APM 应用进行了优化
DCM290P138T600A40 是一个针对 APM 应用优化的 DCM 示例。其输出微调范围缩小到维持标准铅酸电池所需的范围,可对密度进行优化,以满足 48 x 23 x 7.5 毫米 ChiP™ 封装的 600W 需求。
使用 Vicor DCM 技术实施的 APM 有几个优势。DCM 优异的功率密度意味着提供较少的内部空间,便可满足相同的 APM 解决方案需求。对于 PCBA 机械支撑系统,AOM 中占用的体积更小,更多的体积可以用于更高性能或更低成本的热机械解决方案及连接器。
DCM 恒流工作模式意味着,当 12V 系统暴露在峰值负载条件下时,它不会关闭。相反,APM 会全面进入恒流工作模式,允许 12V 标准电池稳定母线电压。这不视为一种故障条件,而且 DCM 在提供充足散热的同时,将无限期地支持限流运行。
另一项优势是,DCM 模块的功率可创建一个适合 HEV/BEV DC-DC 转换器应用的粒度。只需向系统添加更多的模块,便可非常轻松地将两款 DCM 现有的电气设计扩展至 2 倍或 4 倍功率。没有外部环路要补偿,没有均流方程的修正,也没有外部分流器要调整大小。在保持最佳尺寸、重量及功率的同时,同一款 APM 技术可以在多个车辆平台间重复使用。