g u t x .com.tr İpek yolu - Çin'i anlamaya götürürüm

"Uygulayıcılar" tek bir DC / DC ile yerleşik 12V / 48V ikili sistemin iki yönlü dönüşümünü nasıl gerçekleştireceklerini söylüyorlar?

Motor çalıştırma gibi daha yüksek güç uygulamaları için, 12 faza kadar paralel bağlanabilir ve LTC3871, iki akünün aynı anda aynı yüke güç sağlamasına izin verir.

Otonom sürüş araçlarının ve otomobil bağlantı teknolojisinin gelişmesi ve yakıt ekonomisi düzenlemelerinin sıkılaştırılması ile geleneksel 12 voltluk otomobil elektrik sistemi sınırına ulaştı. Ek olarak, otomotiv elektrik sistemlerine bağlı uygulamalar da artıyor ve bu da daha yüksek güç talebiyle sonuçlanıyor ve bu da yeni zorlukları beraberinde getiriyor. Bu nedenle, geleneksel 3kW, 12V otomotiv güç sistemi takviye edilmelidir.

Yeni önerilen LV148 otomotiv standardında, insanlar 48V ikincil veri yolunu mevcut 12V sistemi ile birleştiriyor. 48V güç rayında bulunan bileşenlerden bazıları şunlardır:

Kayışlı marş jeneratörü veya entegre marş jeneratörü (ISG)

48V lityum iyon pil

48V ve 12V kombine piller aracılığıyla 10kW'a kadar elektrik enerjisi sağlayabilen çift yönlü DC / DC dönüştürücü

Otomobil üreticileri giderek daha katı CO2 emisyon hedeflerini karşılamaya çalışırken, bu teknoloji özellikle hibrit elektrikli araçları ve geleneksel içten yanmalı araçları hedefliyor.

148V / 12V çift sistem

Avantajlar ve tasarım zorlukları

Genel olarak konuşursak, 12V veri yolunun rolü hala aydınlatma, bilgi-eğlence, ses ve ateşleme gibi sistemlere güç sağlamaktır. 48V veri yolu, ayarlanabilir süspansiyon sistemleri, elektrikli turbo / süper şarjörler, klima kompresörleri, aktif şasi ve rejeneratif frenleme gibi diğer sistemlere güç sağlayacaktır. 48V otobüs aynı zamanda motorun çalıştırılmasını destekleyerek start-stop işlemini daha kararlı hale getirecek ve yakında seri üretilen modellerde kullanıma girmesi bekleniyor.

Daha yüksek voltajlı bir veriyolunun kullanılması, kablo kesit alanını azaltmak ve böylece kablo boyutunu ve ağırlığını azaltmak olan bir başka önemli avantaja sahiptir. Bu avantaj son derece önemlidir, çünkü günümüzün üst düzey otomobillerinde kablo uzunluğu 4 kilometreyi geçebilir.

Arabalar giderek daha çok tekerlekli bilgisayarlar gibi oluyor. Bu, birçok tak ve çalıştır cihazını bağlama olasılığını yaratır. İşe gidip gelenler her gün zamanlarının ortalama% 9'unu arabalarda geçiriyorlar, bu nedenle arabalara telematik ve multimedya kullanımı iş verimliliğini artırabilir ve daha fazla eğlence getirebilir.

Daha önce de belirtildiği gibi, otonom araçlar elektrik talebinin büyümesini sağlayan ana itici güçlerden biridir, çünkü radar, LiDAR, sensörler, kameralar ve bilgisayarlar gibi bileşenlerin tümü güç gerektirir. Ek olarak, araç bağlantı teknolojisinin iyileştirilmesi de daha fazla güç gerektirir. Arabalar yalnızca İnternete değil, aynı zamanda trafik ışıklarına, diğer arabalara, binalara ve diğer yapılara da bağlanabilmelidir. Ek olarak, yağ ve su pompaları, hidrolik direksiyon sistemleri ve şanzıman sistemi bileşenleri, kademeli olarak mekanik sürücülerden elektrikli sürücülere dönüştürülecek.

Pek çok otomobil tedarikçisi, pazarın önümüzdeki birkaç yıl içinde otonom sürüş araçları için gerekli teknik bileşenlere çok güçlü bir talebin olacağını tahmin ediyor. Ancak 48V pil sisteminin faydaları artık yansıtılabilir. Örneğin, bazı otomobil üreticileri 48V elektrik sistemli içten yanmalı motorların yakıt ekonomisini% 10 ila% 15 artırabileceğini iddia ediyor. Bu aynı zamanda CO2 emisyonlarını da buna göre azaltabilir.

Buna ek olarak, mühendisler gelecekte 48V / 12V çift sistem kullanan otomobillere elektrikli basınç cihazı teknolojisini entegre edebilecekler. Bu teknoloji motor yükünden bağımsız olarak çalışarak hızlanma performansının iyileştirilmesine yardımcı olur. Örneğin, halihazırda gelişmiş geliştirme aşamasında olan bir kompresör, ara soğutucu ile giriş sistemi arasına yerleştirilecektir. Kompresör, türbini çalıştırmak için 48V güç kullanacaktır.

Bununla birlikte, bu alandaki tedarikçiler için, araca ek bir 48V güç kaynağı ağının eklenmesi nedeniyle birçok büyük tasarım zorluğuyla karşılaşacaklar. Spesifik bir örnek vermek gerekirse, yarı iletkenler ve elektronik kontrol birimleri (ECU) tedarikçileri, ürünlerini daha yüksek bir 48V bara besleme voltajında çalışabilmeleri için yeniden tasarlamalıdır. Ek olarak, DC / DC dönüştürücü tedarikçileri, daha yüksek güç aktarımının üstesinden gelmek için özel IC'ler geliştirmelidir. Bu talebi karşılamak için Linear Technology tarafından geliştirilen bir dizi DC / DC dönüştürücüler, daha yüksek güç aktarımını verimli bir şekilde gerçekleştirebilir, sadece enerji tasarrufu sağlamaz, aynı zamanda gerekli termal tasarımı da en aza indirir.

12V / 48V çift akülü otomotiv sistemi kullanıma sunulmak üzereyken, piyasanın çift yönlü düşürme ve yükseltici DC / DC dönüştürücülere olan talebi çok açık. Bu DC / DC dönüştürücüyü kullanarak herhangi bir pili şarj edebilir ve gerektiğinde aynı yüke akım sağlayabiliriz. İlk 48V / 12V çift bataryalı DC / DC dönüştürücü tasarımlarının çoğu, yükseltme ve düşürme elde etmek için ayrı güç bileşenleri kullandı. Ancak Doğrusal Teknolojinin yeni piyasaya sürülen LTC3871 iki yollu DC / DC denetleyicisi konvansiyonu bozdu. Denetleyici, parayı gerçekleştirmek ve dönüşümü artırmak için aynı harici güç bileşenlerini kullanır.

1 Entegre iki yönlü IC çözümü

LTC3871, çift yönlü 100V / 30V iki fazlı eşzamanlı buck veya boost denetleyicisidir. 12V ve 48V sistem ağları arasında iki yönlü DC / DC kontrolü ve akü şarjı sağlayabilir. Güçlendirme modunda (12V veriyolundan 48V veriyoluna) ve düşürme modunda (48V veriyolundan 12V veriyoluna) çalışabilir. Uygulanan kontrol sinyali, gerektiği gibi herhangi bir modda yapılandırılabilir. Yüksek akım uygulamaları için (250 A'ya kadar), 12 faza kadar paralelleştirilebildiğinden ve faz dışı zaman aşımına uğrayabildiğinden, giriş ve çıkış filtreleme gereksinimleri en aza indirilebilir. Cihazın gelişmiş akım modu mimarisi, paralel fazlar arasında mükemmel akım eşleşmesi sağlar. 12 fazlı tasarım, buck modunda veya boost modunda 5kW'a kadar güç sağlayabilir.

Motorun çalıştırılması gibi daha fazla güce ihtiyaç duyulduğunda, LTC3871 iki akünün aynı anda güç sağlamasına izin verir. Bu cihazı kullanarak% 97'ye varan verimlilik elde edebilirsiniz. Çip üzerinde akım programlama döngüsü, yüke verilen maksimum akımı ayarlayabilir. Cihazın 12V veya 48V veriyolunda gerilim ve akım kontrolünü gerçekleştirebilen 2'si voltaj, 2'si akım için kullanılan toplam 4 kontrol döngüsü vardır.

LTC3871, 60kHz ve 475kHz arasında kullanıcı tarafından seçilebilen sabit bir frekansta çalışır ve aynı aralıktaki bir frekansa sahip harici bir saate senkronize edilebilir. Ek olarak, kullanıcılar hafif yükle çalışmayı, darbe frekansı atlamayı veya sürekli çalışma modunu kullanmayı seçebilirler. Cihazın diğer özellikleri şunlardır: düşük gerilim ve aşırı gerilim kilitleme, düşük ve güçlendirme modları için bağımsız döngü dengeleme, aşırı yük ve kısa devre koruması, tüm sıcaklık aralığında ±% 1 çıkış gerilimi düzenleme doğruluğu ve verimlilik EXTVcc. LTC3871, ISO26262 sisteminin tanılama kapsamı için özel olarak tasarlanmıştır ve AEC-Q100 otomotiv teknik özelliklerine uygunluğu doğrulanmıştır.

LTC3871, termal olarak geliştirilmiş 48 pimli bir LQFP paketinde mevcuttur ve üç sıcaklık dereceli versiyona bölünmüştür. Bu sıcaklık dereceleri, -40 ° C ila 150 ° C aralığında çalışan yüksek sıcaklıklı otomotiv serisinin yanı sıra -40 ° C ila 125 ° C aralığında çalışan genişletilmiş ve endüstriyel sınıf serileri içerir. Şekil 1, bu cihazın tipik bir uygulamasının şematik bir diyagramını göstermektedir. Şematiğin üstündeki P-kanallı MOSFET, kısa devre ve aşırı akım koruması sağlamak için kullanılır.

Şekil 1: Tipik bir LTC3871 çift yönlü uygulamanın şematik diyagramı, 30A akım sağlayabilen 26V ile 58V arası bir girişten üretilen bir 12V çıkışı gösterir. (Resim kaynağı: Doğrusal Teknoloji)

1 Entegre marş jeneratörü (ISG)

Arabadaki hem marş motoru hem de alternatör elektronik olarak kontrol edilen bir ISG ile değiştirilebilir. Bu, aşağıdaki avantajları sağlayabilir:

Marş motoru gerekmez - normal motor çalışması sırasında tek pasif bileşen

Krank mili ile alternatör arasında kayış ve kasnak bağlantısına gerek yoktur

Yük boşaltma sürecinde, jeneratör voltajı hızlı bir şekilde kontrol edilebilir

Halihazırda kullanılan bazı sargı rotorlu alternatörlerde fırçalara ve kayma halkalarına gerek yoktur

ISG'nin üç önemli işlevi vardır: güç desteği, güç üretimi ve başlatma-durdurma işlevleri. ISG, arabanın yavaşlamasına yardımcı olmak için rejeneratif frenleme yoluyla elektrik üretebilir. Rejeneratif frenleme ile üretilen elektrik enerjisi 48V bataryayı şarj edecek, böylece yakıt tüketimini ve dolayısıyla CO2 emisyonlarını azaltacaktır. Ek olarak, motor çalışırken ISG, geleneksel bir alternatöre benzer şekilde elektrik üretebilir. Son olarak ISG, park ederken yakıt tasarrufu yapmak için içten yanmalı motoru kapatabilir ve gaz pedalına basıldığında motoru anında yeniden çalıştırabilir. Bu süreç, "başlat-durdur sistemi" olarak adlandırılan sistemi içerir. Bu sistemde ISG, motor çalıştırıldığında daha yumuşak bir geçiş elde etmeye yardımcı olur.

Şekil 2'de gösterilen blok diyagram, LTC3871, ISG ve 12V ve 48V pillerin tipik bir içten yanmalı motorlu arabaya nasıl entegre edildiğini gösterir.

Şekil 2: LTC3871 tipik otomotiv uygulaması blok şeması. (Resim kaynağı: Doğrusal Teknoloji)

1 Buck ve boost modu kontrolü

Basit bir kontrol sinyali, LTC3871'i dinamik ve sorunsuz bir şekilde buck modundan boost moduna veya tam tersi şekilde değiştirebilir. İki ayrı hata amplifikatörü ile (biri VHIGH ayarı ve diğeri VLOW ayarı için), geçici tepkiyi optimize etmek için buck ve boost modlarının döngü telafisi bağımsız olarak ince ayarlanabilir. Buck modundayken, ilgili hata amplifikatörü ITHLOW etkinleştirilir ve tepe indüktör akımını kontrol eder. Tersine, yükseltme modundayken, ITHHIGH etkinleştirilir ve ITHLOW devre dışı bırakılır. Güçlendirmeden düşük seviyeye veya düşük seviyeye mod geçişi sırasında, dahili yumuşak başlatma sıfırlanır ve yeni moda yumuşak bir geçiş sağlamak için ITH pini sıfır akım seviyesine ayarlanacaktır.

1 Çok fazlı güç kaynağı

Çoklu LTC3871'ler, giriş ve çıkış voltaj dalgalanmasını artırmadan daha yüksek çıkış akımı sağlamak için zincirleme bağlanabilir ve faz dışı çalıştırılabilir. Bir LTC3871'in SYNC pininin başka bir LTC3871'in CLKOUT pinine bağlanması, ikinci cihazın birinci cihazla senkronize olmasını sağlar. CLKOUT sinyalini sonraki LTC3871 seviyesinin SYNC pinine bağlamak, tüm sistemin frekansını ve fazını tutarlı tutacaktır. Bir papatya zinciri içinde birbirleriyle aynı anda faz biten maksimum 12 faz bağlanabilir.

LTC3871'in tanıtım panosu DC2348A, bir veya iki LTC3871 kullanılarak iki fazlı veya dört fazlı olarak yapılandırılabilir. Şekil 3, dört fazlı versiyonu göstermektedir. Buck modunda çalışırken, gösteri devresi 30V ila 75V giriş voltaj aralığına sahiptir, 12V'luk bir çıkış üretir ve 60A'ya kadar bir akım sağlar. Gösteri devresi güçlendirme modunda çalıştığında, 10V ila 13V giriş voltajı aralığına sahiptir, 48V çıkış üretir ve 10A'ya kadar bir akım sağlar.

Şekil 3: LTC3871 dört fazlı demo kartı. (Resim kaynağı: Doğrusal Teknoloji)

Şekil 4, iki LTC3871 cihazı kullanan dört fazlı bir demo kartının tipik bir verimlilik eğrisidir. Buck modu eğrisi, demo panosunun 48V'den 12V'a (maksimum 60A akım) verimini gösterir ve boost eğrisi, demo kartının 12V'dan 48V'ye (maksimum 10A akım) verimini gösterir. Her iki eğrinin en yüksek verimliliğinin% 97 olduğunu görebiliriz.

Şekil 4: LTC3871'in güçlendirme ve verimlilik eğrisi (dört aşamalı bir tasarım kullanarak) (resim kaynağı: Doğrusal Teknoloji)

1 Aşırı akım koruması

Yavaşlama modundayken, LTC3871 aşırı akım durumunda veya VLOW topraklandığında akım katlama koruması sağlar, bu işlev güç dağılımını sınırlayabilir. Mevcut katlanma koruması, yumuşak başlatma koşullarında otomatik olarak etkinleştirilir. VLOW, nominal çıkış seviyesinin% 85'inin altına düşerse, maksimum algılama voltajı kademeli olarak maksimum ayar değerinden orijinalin üçte birine düşecektir. Kısa devre durumunda, LTC3871, kısa devre akımını sınırlamak için çok düşük bir görev döngüsü ile döngü atlama başlatacaktır.

Tipik bir yükseltme kontrolöründe, senkron diyotun veya senkron MOSFET'in gövde diyodu, akımı girişten çıkışa iletir. Bu nedenle, akımı engellemek için bir engelleme diyotu veya MOSFET kullanılmazsa, kısa bir çıkış (VHIGH) girişi (VLOW) aşağı çekecektir. VHIGH toprağa kısa devre yaptığında, LTC3871, giriş kısa devre koruması sağlamak için harici bir düşük RDS (AÇIK) P-kanalı MOSFET kullanır. P-kanallı MOSFET her zaman normal çalışmayı sürdürür ve geçit kaynağı voltajı maksimum 15V'a sabitlenir. UVHIGH pin voltajı 1.2V eşiğinin altına düştüğünde, FAULT pini 125s sonra düşük seviyeye ayarlanır. Bu olduğunda, PGATE pini harici P-kanal MOSFET'i kapatacaktır.

sonuç olarak

LTC3871 sayesinde, aynı harici güç bileşenlerini hem yükseltme hem de düşürme amaçları için kullanabiliriz, böylece 48V / 12V çift pil DC / DC otomotiv sistemini yeni bir performans düzeyine yükseltir ve basitleştirme elde etmek için kontrolü optimize ederiz. Cihaz otomatik olarak kademeli mod (48V'den 12V'a düşürülmüş) veya boost modu (12V'den 48V'ye yükseltilmiş) arasında geçiş yapabilir. Motor çalıştırma gibi daha yüksek güç uygulamaları için, 12 faza kadar paralel bağlanabilir ve LTC3871, iki akünün aynı anda aynı yüke güç sağlamasına izin verir. Yeni eklenen 48V pil, otomobilin elektrik sisteminin bir kısmına güç sağlayacak, böylece mevcut elektrik enerjisini artıracak, kablo demetinin ağırlığını azaltacak ve güç kaybını azaltacaktır. Bu ekstra elektrik enerjisi, otomobillerin güvenliğini ve verimliliğini artırmaya ve CO2 emisyonlarını azaltmaya yardımcı olan yeni teknolojileri doğurabilir.