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為混合動力車輛 (HEV) 和電動車輛 (EV) 內的電子元器件供電

星星科技指導員 ? 來源:TI ? 作者:TI ? 2023-04-15 10:31 ? 次閱讀

混合動力車輛 (HEV) 和電動車輛 (EV) 電力電子元器件被設計用來在正常工作模式下,將電能從高壓電池 (400V/600) 提供給低壓電池 (12V)。此外,這些汽車電力電子元器件必須能夠進行雙向的DC/DC轉換,以便在緊急狀態下,當HEV/EV需要啟動升壓時,由低壓電池為高壓電池供電。換句話說,這個雙向設計將需要一個降壓模式使電壓下降,又需要一個重新將電壓升高的升壓模式。

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設計注意事項

一個針對降壓模式轉換器級(400V至12V)的理想拓撲為相移全橋 (PSFB)。這個拓撲可以在隔離變壓器的初級側上實現4個電子開關的零電壓切換 (ZVS),以及次級側的二極管整流器(或MOSFET開關)的零電壓切換,從而獲得較低的開關損耗。為了實現針對低輸出電壓和/或高輸出電流額定值的最佳性能,在次級側上需要同步整流,以消除二極管整流損耗。

可以利用不同的工作模式來控制PSFB功率級,諸如電壓模式控制 (VMC)、平均電流模式控制 (ACMC)、或者峰值電流模式控制 (PCMC)。為了避免由于功率級感測電路變化所導致的控制電路重新設計,最好考慮使用一個高性能數字微控制器

TI的C2000? 32位微控制器 (MCU) 專門設計用于數字電源應用。C2000 Piccolo? TMS320F28035 MCU包含充足的CPU處理能力來運行高級控制算法,而同時又具有針對高級開關模式的靈活脈寬調制 (PWM)。

對于升壓模式轉換器級來說,可以將同步整流器開關用作推挽開關。降壓模式電感器可以作為這個模式中的電流源,從而使這個拓撲工作為一個電流饋入型推挽轉換器。

這些控制算法可以在單個C2000 TMS320F2803x MCU上實現。通過反饋信號和PWM輸出的方式,TMS320F2803x MCU能夠與功率級進行交互操作,并且可被放置在低壓一側。

提供包含全部硬件&電路原理圖的TI Design

雙向400V-12V DC/DC轉換器TI Design使用上面談到的方法。4個MOSFET開關(Q1至Q4)在隔離變壓器的高壓側上組成一個全橋,而2個MOSFET開關(Q5至Q6)位于中央抽頭式低壓側上。這些開關在降壓模式中運行為同步整流器,而在升壓模式中工作為推挽開關。

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在不同的工作模式下控制這個系統需要復雜的PWM波形,以及快速閉合環路計算。這種實現方式充分利用了TMS320F2803x MCU上的特性,諸如高級PWM外設、一個高速12位ADC、以及支持DAC和斜坡補償的集成模擬比較器

系統特性包括:

200VDC至400VDC的總線電壓范圍

9 VDC至13.5VDC的 LV總線電壓范圍

任何一個方向上的300W額定輸出運行

LV總線上額定值為33A的電流,以及HV總線上1.8A的額定電流

降壓模式與升壓模式之間的無縫按需即時轉換

運行于降壓模式中的相移全橋

運行于升壓模式下的電流饋入型推挽運行

100KHz PWM開關

輸出電感器電流的VMC和ACMC

多個SR開關系統配置

故障保護:過流、欠壓和過壓

立即用這個雙向DC/DC轉換器開始設計工作。

審核編輯:郭婷

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