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白皮書作者:Arthur Russell,首席應用工程師

使用 DCM 為 HEV/EV 電力系統配電

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混合動力電動汽車和純電動汽車(HEV 和 BEV)在汽車配件方面通常處於領先地位,如多個車載電腦、資訊娛樂系統、數十種分佈式控制模塊,以及高强度照明、監視器、車道感知監控等汽車等。 所有這些汽車配件都採用 12V 電源以及其它常見電動汽車負載,如車窗除霧器和恒溫風機等。 典型汽車交流發電機的額定電流通常為 50–70A。

但混合動力汽車和純電動汽車沒有持續運行的內燃機,因此無法使用常見的機械驅動交流發電機為這些配件供電,並維護其 12V 標準汽車電池。 同理,混合動力汽車和純電動汽車也沒有傳統汽車上的機械驅動動力轉向泵和空調壓縮機。 即使是一些看似簡單的系統,如動力刹車(切斷 ICE 歧管真空電源),在混合動力汽車中也需要不同的解決方案。

在電動汽車場景中,大多數以前的機械動力系統現在都按電力用電系統實施。 動力轉向現在是一種大功率電動線控驅動系統,空調使用無刷直流或三相交流電機驅動壓縮機,甚至駐車制動也使用電機電力驅動卡鉗。 這些系統明顯增大了對安全接觸 12V 電源的需求。

DC-DC 轉換器模組(BCM)

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圖 1:使用 PowerBench 白板的典型電動汽車或混合動力電動汽車應用中的 DCM。

DCM™ 是一種隔離、穩壓的 DC-DC 轉換器。 該產品線包括寬範圍輸入的離線(高壓)系列,以及面向工業或傳統汽車應用優化的低輸入電壓系列。 DCM 可在寬輸入電壓範圍內實現極高的功率密度,不僅支持通常超過 50% 的輸出電壓調整,而且在超載場景下,還支持軟啟動及恒流工作模式。 DCM 陣列實施簡單,其內建的負載線可實現多達 8 個模組的無線陣列,功率高達 4.8kW。

輔助電源模組需求(APMs)

電動汽車使用輔助電源模組(APM)代替交流發電機。 APM 將主牽引電池的高壓降壓轉換為額定 12V 系統的穩壓低壓母線,並在兩者之間保持電力隔離。 需要穩壓限制 12V 配件電池的充電電流,,並提供電池充電狀態的溫度補償維護。 之所以需要隔離,是因為駕乘人員可能接觸到 12V 系統和車輛底盤,必須與高壓牽引電池系統帶來的電擊危險絕緣。

對於乘用車而言,1.8kW 或 13.8V、130A 的 APM 並不少見。 對於短途通勤車或電動摩托車等更基本的車輛平臺,APM 功率更低。

DCM 針對 APM 應用進行了優化

DCM290P138T600A40 是一個針對 APM 應用優化的 DCM 示例。 其輸出微調範圍縮小到維持標準鉛酸電池所需的範圍,可對密度進行優化,以滿足 48 x 23 x 7.5 毫米 ChiP™ 封裝的 600W 需求。

使用 Vicor DCM 技術實施的 APM 有幾個優勢。 DCM 優异的功率密度意味著提供較少的內部空間,便可滿足相同的 APM 解決方案需求。 對於 PCBA 機械支撐系統,AOM 中佔用的體積更小,更多的體積可以用於更高效能或更低成本的熱機械解決方案及連接器。

DCM 恒流工作模式意味著,當 12V 系統暴露在峰值負載條件下時,它不會關閉。 相反,APM 會全面進入恒流工作模式,允許 12V 標準電池穩定母線電壓。 這不視為一種故障條件,而且 DCM 在提供充足散熱的同時,將無限期地支持限流運行。

另一項優勢是,DCM 模組的功率可創建一個適合 HEV/BEV DC-DC 轉換器應用的細微性。 只需向系統添加更多的模組,便可非常輕鬆地將兩款 DCM 現有的電力設計擴充至 2 倍或 4 倍功率。 沒有外部環路要補償,沒有均流方程的修正,也沒有外部分流器要調整大小。 在保持最佳尺寸、重量及功率的同時,同一款 APM 科技可以在多個車輛平臺間重複使用。

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