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汽车电气化如何发展电压电源板网
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汽车电气化如何发展电压电源板网

2020-10-30 10:24:14 来源:德州仪器

【大比特导读】随着自动驾驶功能以及舒适性、便利性和信息娱乐功能需求的不断增长,汽车内对电能的需求日益增长。当今汽车具有越来越多的传感器、执行器以及读取传感器并控制执行器的电子控制模块(ECU)。与此同时,对混合动力和电动汽车的需求不断增长使得能效成为重要的设计目标。毕竟,提高效率会增加车辆的行驶距离

随着自动驾驶功能以及舒适性、便利性和信息娱乐功能需求的不断增长,汽车内对电能的需求日益增长。当今汽车具有越来越多的传感器、执行器以及读取传感器并控制执行器的电子控制模块(ECU)。与此同时,对混合动力和电动汽车的需求不断增长使得能效成为重要的设计目标。毕竟,提高效率会增加车辆的行驶距离。

为提高电源效率,汽车设计工程师正在汽车中实现高压电源板网。使用较高电压的电源板网不仅有助于减轻车辆整体重量(例如,通过减少线束重量减重),而且还无需进行电压电平转换,因为较高的电压可直接为执行器供电。

尽管看似使用单个高压电源板网是最好的选择,但实际上,不同执行器和ECU的功率要求不断变化,这促使汽车系统设计人员在车辆中安装两到三个电压电源板网。

本文中,我们将讨论汽车设计师在下一代汽车架构中考虑的电压电源板网。我们还将为您提供产品系列和资源,帮您解决与不同电源板网相关的各类技术挑战。

图1所示为基于不同车辆类型的车辆中不同的电压电源板网可能性。

汽车电气化如何发展电压电源板网

图1:车辆电压电源板网

使用12V电源板网为控制模块供电

根据国际标准化组织(ISO)7637-2和ISO 16750-2标准的规定,传统的12 V电源板网具有宽电压范围。尽管基于内燃机的汽车,这些要求不太可能改变,但在混合动力和电动汽车中使用12 V电压可能会导致最大电压降低,尤其是如果12 V总线没有交流发电机(也就是说,如果12V电源板网所需的所有电源都来自用于从高压降压到12V的高效DC/DC转换器)这种情况下,可使用低输入电压稳压器在ECU中实现电源管理解决方案。

设计师可灵活地解决由12V电源电源板网络供电的控制模块中的各类技术挑战。这些控制模块具有一系列符合汽车标准的产品,如电源管理、放大器、收发器、电机驱动 和 智能电源开关。

应对48V电源板网中的挑战

48V电源板网通常用于为需要更高功率的负载供电。由48 V供电的特定负载取决于车辆类型。无论模块类型如何,连接到48 V电源板网的控制模块都将需要高效、高功率密度且能够承受ISO 21780中规定的工作电压要求的电源管理器件。如果ECU也连接到12V电源板网上,则模块也需要功能隔离。具有功能安全性的高效多相48V栅极驱动器可驱动诸如皮带起动发电机或HVAC交流压缩机模块等48V执行器。对功能安全性的需求推动了对诸如负载电流感测的其他诊断电路的需求。在48V电池管理系统中,部署48V电源电源板网还需要高效、精确的充电状态和健康状态管理。

为提高效率、增强功率密度并在48 V电源板网系统中实现功能安全,设计人员可使用降压稳压器、三相栅极驱动器 和 电池管理系统以及广泛的电流和电压感应放大器产品组合。

最大化高压电源板网

电动汽车的电池系统会产生更高的电压。诸如牵引逆变器和HVAC交流压缩机模块等高功率负载直接由高压电源板网供电。这意味着用于驱动这些高压负载的功率级需要承受高工作电压,且需要高共模瞬变抗扰度(CMTI)。此外,实现紧凑型解决方案需要高功率密度的栅极驱动器和功率级。使用多个电源板网还需在控制模块内的低压域和高压域之间进行隔离,以确保正常运行。高压的使用可能要求设计不仅满足电气安全要求,而且要满足功能安全要求。后者的要求有必要实现诊断功能,从而在这些系统中产生额外电流、电压和温度感测解决方案。此外,还需要具有精确充电状态和健康状态管理并保持更佳的电池均匀性的高效高压电池管理系统。

高压栅极驱动、电池管理系统、电源和信号隔离器 和高速运算放大器是广泛的产品组合,设计人员可使用这些产品优化并应对高压控制中的效率、功率密度、功能安全性和可靠性挑战模块。

从低电压到高电压的设计

汽车设计工程师可从多类模拟和嵌入式半导体器件中进行选择,以用于12V、48V和高压电源板网。这些产品可灵活地设计具有高效ECU的车辆体系结构,并有助于实现功率密度、可靠性和功能安全性设计目标

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