用于汽車功能電子化的新輔助電源方案

輔助電源單元在電池電動(dòng)汽車（BEV）和混合動(dòng)力電動(dòng)汽車（HEV）的電源應(yīng)用中無(wú)處不在，對(duì)于為控制、通信、安全、驅(qū)動(dòng)等通常低于20 V的各種低壓子系統(tǒng)供電至關(guān)重要，而且，電源本身的電源可能來(lái)自+400 V直流高壓總線，如車載充電（OBC）系統(tǒng)或48 V或12 V電池電壓軌。在如此廣泛的應(yīng)用范圍內(nèi)，對(duì)輔助電源的要求非常多樣化，因而市場(chǎng)上產(chǎn)生了無(wú)數(shù)替代方案和運(yùn)用。

盡管這些電源是輔助系統(tǒng)，但仍需要確保高可靠性和穩(wěn)定性，因其在為關(guān)鍵模塊供電，如可能包括核心控制器的邏輯級(jí)電路，或?qū)ê完P(guān)斷功率金屬氧化物硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管（MOSFET）和絕緣柵雙極型晶體管（IGBT）的門極驅(qū)動(dòng)器。同時(shí)，要求緊湊的設(shè)計(jì)和出色的性價(jià)比，因?yàn)檫@些系統(tǒng)不是應(yīng)用的核心部分，因此應(yīng)花費(fèi)盡可能少的資源來(lái)完成工作。安全也是最重要的，在大多數(shù)情況下，系統(tǒng)必須符合汽車標(biāo)準(zhǔn)，也規(guī)定了電磁干擾限制。而且，適應(yīng)廣泛的輸入電壓范圍和適應(yīng)不同用例的靈活性，使其脫穎而出。最后同樣重要的是，輔助電源需要提供高壓隔離，特別是如果法規(guī)規(guī)定，或功能隔離，以實(shí)現(xiàn)可靠的運(yùn)行。

根據(jù)應(yīng)用相應(yīng)的上述要求，輔助電源用在不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)-反激、升壓、降壓-升壓等。它們可采用替代的開(kāi)關(guān)機(jī)制，如：準(zhǔn)諧振或固定頻率，并利用集成或分立技術(shù)來(lái)傳輸所需的功率。

圖1.基于反激式拓?fù)涞母綦x型輔助電源原理圖，工作在準(zhǔn)諧振峰值電流模式控制下

安森美半導(dǎo)體最近推出了四個(gè)新方案：高壓輔助電源，適用于基于800 V和400 V電池的BEV和PHEV并提供15 W或40 W功率，以及用于IGBT和碳化硅（SiC） MOSFET驅(qū)動(dòng)器的隔離型電源。這些方案解決上述挑戰(zhàn)并滿足所需要求。

SECO-HVDCDC1362-15W15V-GEVB和SECO-HVDCDC1362-40W15V-GEVB是極高能效和靈活的初級(jí)端調(diào)節(jié)（PSR）輔助電源，優(yōu)化用于BEV和PHEV汽車動(dòng)力總成。這些設(shè)計(jì)可在250 V至900 V的寬輸入直流電壓范圍內(nèi)提供穩(wěn)定的15 V，因此適用于400 V和800 V電池系統(tǒng)。

該方案利用NCV1362準(zhǔn)諧振峰值電流PSR反激控制器、成本優(yōu)化的NVHL160N120SC1 160mΩ1200 V碳化硅（SiC） MOSFET和FFSD0665B-F085 SiC二極管的多種優(yōu)點(diǎn)。得益于SiC FET的高阻斷電壓能力和超低門極電荷（34 nC）值，開(kāi)關(guān)損耗顯著減小，該設(shè)計(jì)表現(xiàn)出出色的能效，在低交流電條件下高達(dá)86％。 NCV1362控制器出色的驅(qū)動(dòng)能力支持SiC FET在12 V下直接運(yùn)行，而無(wú)需預(yù)驅(qū)動(dòng)器，從而簡(jiǎn)化了布局并減少了物料單的內(nèi)容。反激式變壓器提供4 kV的隔離度，且完全通過(guò)汽車級(jí)半導(dǎo)體和無(wú)源器件實(shí)現(xiàn)。

圖2. SECO?HVDCDC1362?15W15V?GEVB的能效

圖3. SECO?HVDCDC1362?15W15V?GEVB框圖

圖4.15 W高壓輔助電源的優(yōu)勢(shì)

（SECO?HVDCDC1362?15W15V?GEVB）

SECO-LVDCDC3064-IGBT-GEVB是IGBT驅(qū)動(dòng)器的隔離電源，提供所需穩(wěn)定電壓軌 （-7.5 V和15 V，每個(gè)分路50 mA），實(shí)現(xiàn)在寬輸入電壓范圍（6 Vdc至18 Vdc）高效開(kāi)關(guān)。還提供了額外的+7.5 V電源軌，以支持任何其他較低電壓邏輯。該系統(tǒng)利用NCV3064 DC-DC轉(zhuǎn)換器，實(shí)現(xiàn)緊湊而穩(wěn)定可靠的設(shè)計(jì)，最小化材料單內(nèi)容。該板完全采用汽車認(rèn)證的器件實(shí)現(xiàn)，并且與商用IGBT DC - DC電源引腳兼容，從而提供了開(kāi)箱即用的隔離型驅(qū)動(dòng)器電源方案。使用相同NCV3064的另一個(gè)SiC變體SECO-LVDCDC3064-SIC-GEVB ［1］將適用于SiC MOSFET開(kāi)關(guān)，為門極驅(qū)動(dòng)器提供+ 20 V /-5V電壓軌。

圖5.1.5 W IGBT隔離型驅(qū)動(dòng)器電源的優(yōu)勢(shì) （SECO-LVDCDC3064-IGBT?GEVB）

圖6. SECO-LVDCDC3064-IGBT?GEVB框圖

新的電源設(shè)計(jì)用于400 V和800 V電池系統(tǒng)，隔離型電源用于IGBT和SiC門極驅(qū)動(dòng)器，都經(jīng)過(guò)專門設(shè)計(jì)，可直接集成到應(yīng)用系統(tǒng)中。

安森美半導(dǎo)體用于汽車輔助電源方案的廣泛產(chǎn)品和工具陣容，有助于滿足每種應(yīng)用的要求并提供最佳方案。除了AC-DC控制器和穩(wěn)壓器、DC-DC控制器和穩(wěn)壓器、功率MOSFET、二極管和保護(hù)器件的全面產(chǎn)品陣容，以充分實(shí)現(xiàn)廣泛的設(shè)計(jì)，我們還提供廣泛的硬件和軟件評(píng)估以及開(kāi)發(fā)工具幫助工程師，可加快開(kāi)發(fā)階段并縮短新產(chǎn)品的上市時(shí)間。

審核編輯：郭婷