RECOM'un DC / DC dönüştürücüsünün otomobilde uygulanması
İster 2kW'lık kurşun asitli bir aküden geleneksel bir motoru soğuk çalıştırma, ister bir elektrikli aracın "hızlı" modda en yüksek performansı elde etmesini sağlamak için 400 kW'ın üzerinde bir 400V lityum akü olsun, aracın en yüksek gücü son derece yüksek olabilir. Herhangi bir pilin kapasitesinin bir sınırı vardır, bu nedenle verimliliği artırmak, ağırlığı ve boyutu azaltmak için güçlü bir şekilde güç dönüştürücüleri geliştirin ve kayıpları kademeli olarak azaltmak için en son yarı iletken teknolojisini kullanın; bunların tümü herkesin dikkatini çekmiştir. Tabii ki, otomotiv elektroniği, uluslararası ve OEM'e özgü kalite kontrol standartlarına uyurken, zorlu ortamlarda da güvenilir bir şekilde çalışmalıdır. Yerleşim, tasarım ve üretim yoluyla ürün güvenilirliğini sağlayın.
Araç DC / DC dönüştürücü
Ana güç aktarma sistemine ek olarak, araçlar için birçok güç dönüştürme seviyesi türü vardır: 12V ila 48V arasındaki düşük voltajlı güç kaynakları için, yardımcı DC / DC jeneratörleri ve dönüştürücüler, anahtarsız giriş sistemleri, gelişmiş sürücü destek sistemleri (ADAS) olabilir. Veya bilgi-eğlence sistemi düşük voltaj sağlar (Şekil 1). Daha yüksek 400V sisteminde, elektrikli aracın batarya yönetim sistemi (BMS) iyi izole edilmiş bir temizlik güç kaynağına ihtiyaç duyar. En temel güç seviyesi yalnızca birkaç watt olabilir, ancak kullanılan DC / DC dönüştürücünün verimliliği, düşük sıcaklığı ve yüksek güvenilirliği korumak için yüksek güçlü iletim sistemininki ile aynı olmalıdır. Birçok düşük güçlü dönüştürücü, güç dönüştürücülerine benzer bir ortamda çalışır ve sıcaklıktaki büyük değişikliklerle başa çıkması ve aynı şok direncine ve şok direncine sahip olması gerekir. Kart seviyesindeki dönüştürücüler genellikle iletim soğutma veya zorlamalı soğutmaya sahip değildir ve genellikle kapalı bir ortamdadır ve soğutma için yalnızca konveksiyona güvenir. İlginç bir şekilde, araçlardaki elektronik cihazların sayısı arttıkça, otomotiv uygulamalarındaki düşük güçlü dönüştürücülerin işlevleri, BT, endüstriyel ve hatta ticari dönüştürücüler ile giderek daha tutarlı hale geliyor.
Örneğin, CAN veriyolu ve Ethernet veriyolu iletişim ağları için 5V izole güç kaynağı sağlamak, işlemciler, FPGA'lar ve ASIC'ler için 1V'den daha az güç kaynağı sağlamak ve eski ekipman ve eğlence sistemleri için 12V güç kaynağı sağlamak Yukarıdaki gereksinimlerin tümü karşılanmalıdır. Çeşitli yeni saf elektrikli ve hibrit araçların geliştirilmesiyle, ekipman tasarımcıları, pazarı hızlandırmak için önceden onaylanmış yöntemler kullanan modüler DC / DC dönüştürücüler arıyorlar, ancak maliyet, ayrı tasarımdan daha yüksek olmayacak. Uzun bir DC / DC dönüştürücü geçmişine sahip bir üretici olarak RECOM, bu pazara kendini adamıştır.
Şekil 1: Otomotiv ortamında düşük güçlü DC / DC dönüştürücü
Araçlar için güç elektroniği ortamı
Modüler DC / DC dönüştürücü pazarı, ticari, endüstriyel ve hatta medikal dahil olmak üzere çok geniştir. Ancak kullanıma hazır bileşenlerin giriş voltajı aralığı genellikle otomotiv uygulamaları için uygun değildir. 12V ve 24V aküler birçok araç tipinde hala çok yaygındır ve voltaj, soğuk bir ortamda "soğuk çalıştırmadan" en yüksek "ağır yük" yüksek voltaj dalgalanma değerine kadar geniş ölçüde değişir. Standart LV124 (VW80000 olarak da bilinir) 12V nominal kurşun-asit pil sisteminin seviyesini ayarlarken, LV148, orta dereceli hibrit elektrikli araçlarda (SHEV) giderek yaygınlaşan 48V lityum iyon piller için uygundur (Şekil 2). Sürekli ağır hizmet çalışma voltaj aralığına ek olarak, daha düşük enerjili ancak polariteye sahip iki hızlı geçici voltaj vardır. ISO-7637-2 ve ISO 16750-2, güç kablolarına uygulanan standartlardır.
Şekil 2: LV124 ve LV148 ile uyumlu araç voltajı
Standart 4: 1 telekomünikasyon dönüştürücüler çoğu nominal 12V giriş voltajıyla baş edebilmesine rağmen, yalnızca otomobiller için özel olarak tasarlanmış DC / DC ürünleri tüm 12V (9-36V) voltaj değişikliklerini karşılayabilir. 48V lityum pilin voltaj aralığı daha katı kısıtlamalara sahiptir, bu nedenle 20-60V girişli 3: 1 modül güç kaynağı 48V sistemler için uygundur. Araba spesifikasyonları genellikle ters voltaj koruması ve hızlı yüksek voltaj geçici bağışıklığını da içerir, bu nedenle her durumda genellikle harici koruma veya filtreleme ağları gerekir. LV standardı ayrıca çeşitli voltaj düşüşlerini, yavaş değişen voltaj koşullarını ve 15 Hz ila 200 kHz frekans aralığında ve tepeden tepeye 6V'a kadar üst üste binen AC voltajlarını belirtir. Düşük güçlü dönüştürücüler, diğer cihazlara güç sağlamak için kullanılabilen entegre filtreleme ve koruma işlevlerine sahiptir.
Elektromanyetik uyumluluk (EMC), otomotiv sisteminin önemli bir unsurudur ve DC / DC dönüştürücü, verimlilik için bir anahtar modu kullanır ve potansiyel bir parazit kaynağı haline gelir. CISPR-25 emisyon limitlerine uygunluk ortak bir gerekliliktir Standart DC / DC modülünün yerleşik işlevlerine ek olarak, genellikle yüksek frekans filtreleme gereklidir. Dönüştürücü ayrıca belirtilen EMI iletimine ve radyasyon seviyelerine ve elektrostatik boşalmaya karşı yeterli bağışıklığa sahip olmalıdır. RECOM gibi üreticiler DC / DC dönüştürücüler ve EMC filtrelemede uzmandır ve çeşitli EMC standartlarıyla uyumlu filtre tasarım örnekleri ve tanıtım panoları sağlar. Otomotiv uygulamalarının çevre koşulları diğer alanlardakilerden oldukça farklıdır, bazı durumlarda askeri düzenlemelere göre daha ağır olabilmektedir.Maliyetin büyük bir kısmı soğutma ve titreşim önleyici cihazlara harcanabilmektedir. Endüstriyel sınıf DC / DC, otomotiv kullanımı için en uygun gibi görünmektedir ve çalışma sıcaklığı genellikle -40 ° C ila + 85 ° C veya daha yüksektir. Endüstriyel ortam nispeten sabittir ve aracın farklı alanlarının sıcaklığı, aşırı soğuk bir ortamda çalıştırıldıktan sonra eksi sıcaktan yüksek sıcaklığa hızlı değişim veya klimayı çalıştırdıktan sonra güneş altında bir arabanın yüksek sıcaklıktan düşük sıcaklığa geçişi gibi büyük ölçüde değişiklik gösterecektir. Otomobillerin mekanik şok ve titreşim gereksinimleri de çok katıdır ve endüstri standartları gereksinimleri karşılamak için yeterli değildir.
ISO 16750-3, mekanik şok, titreşim ve diğer koşullar (çakıl bombardımanı dahil) için bir karayolu taşıtı standardıdır. Şiddet seviyesi uygulamaya bağlıdır. Ancak bu standart, geleneksel pistonlu motorlara ve bunun sonucunda ortaya çıkan titreşim sinyallerine dayanmaktadır, bu nedenle elektrikli araçlar bazı açılardan uygulanamayabilir. Standart, -40 ° C'den uygulamanın maksimum ortam sıcaklığına kadar olan aralığı tanımlar ve ivme belirli bir frekansta 200m / s2'ye kadardır.Mekanik şok tüm araç tiplerine uygulanabilir. Ancak bir ticari araç dişli kutusunun en ciddi durumu, 1ms'den 50.000m / s2'ye (5.100g) kadar dayanabilmesidir.
Güç dönüştürücünün AEC-Q testi
Kritik uygulamalarda (güvenlik sistemleri ve motor kontrolü gibi) kullanılan güç dönüştürücüler genellikle ayrı tasarımlardır, diğer elektronik ekipmanlara yerleştirilir ve basınç testi sertifikası almış bileşenlerden oluşur. DC / DC modüllerinin kullanımı düşünüldüğünde, dönüştürücüler genellikle otomotiv kalitesi, elektrik, çevre ve EMC gereksinimlerini karşılamak için özel tasarım ve test gerektirir. Otomotiv Elektronik Komitesi [1], elektronik stres testi spesifikasyonları için bir standart yayınladı. AEC, 1990'larda Chrysler, Ford ve Deco Electronics tarafından kuruldu ve otomotiv endüstrisindeki elektronik parçalar için kalite ve sertifika standartlarını formüle etti. AEC-Q, Otomotiv Mühendisleri Derneği (SAE) ve IEC / ISO standartlarının yanı sıra IATF 16949: 2016 ile uyumlu kalite sistemini benimser ve bileşen üreticilerinin otomotiv endüstrisine girmesi için minimum gereksinimleri belirler. Ancak AEC-Q standardı, DC / DC dönüştürücüler için doğrudan uygulanamaz, bu nedenle üreticiler en uygun standardı, genellikle IC için AEC-Q100 veya pasif bileşenler için AEC-Q200'ü seçmelidir (Tablo 1).
Tablo 1: AEC-Q standart cihaz stres testi sertifika özellikleri
Pasif bileşenler AEC-Q200 ve aksesuarlar 001 ila 007, çeşitli parçaları ve test yöntemlerini kapsar. Uygulamalar sıcaklığa göre derecelendirilir (Tablo 2). Seviye 0 parçalarının sıcaklığının + 150 ° C olduğunu ve AEC-Q100 tarafından belirtilen entegre devre sıcaklığından 10 derece daha yüksek olduğunu lütfen unutmayın.
Tablo 2: AEC-Q200 tarafından onaylanan cihazların sıcaklık dereceleri
AEC-Q standardı, uygunluğunu kanıtlamak için tedarikçi tarafından test kuruluşu tarafından kullanılmayan kendi kendine onaylanmıştır. Ve bu standartlar, otomotiv müşterilerinin tüm seviyeleri için en temel olanıdır, bu nedenle belirli uygulamalar için daha fazla cihaz sertifikasyon gereksinimleri önerilebilir. Otomobile özgü birçok test olmasına rağmen, AEC-Q ayrıca MIL-STD-883, JEDEC, JESD, IPC ve UL gibi diğer standart test yöntemlerine de başvurur. RECOM yakın zamanda çeşitli otomotiv DC / DC dönüştürücülerini onayladı. Örnek olarak R-78Q5.0-0.3'ü ele alalım. 6,5 V ila 72 V arasında ultra geniş giriş aralığına ve 0,3 A ve 5 V çıkışa sahip, 12V için uygun, yüksek verimli, yalıtımsız bir DC / DC dönüştürücüdür. Veya 24V kurşun asit batarya. Pim, üç terminalli bir doğrusal regülatör ile uyumlu olduğu için, aynı zamanda orta dereceli bir hibrid elektrikli aracın 48V piline doğrudan bağlantı için de uygundur. Son derece geniş 11: 1 giriş voltajı aralığı, giriş aşırı voltaj sıkma cihazlarının maliyetini azaltabilir. Termal şok döngüsü, otomotiv stres testi sertifikasyonunun önemli bir parçasıdır. RECOM tarafından kullanılan özellikler Şekil 3'te gösterilmektedir. R-78Q ve RAQ kısa süre önce gerekli 1.000 döngü testi başarıyla tamamladı. Tablo 3, AEC-Q200 ile uyumlu R-78Q tam test planını listeler.
Tablo 3: RECOM R-78Q5.0-0.3'ün AEC-Q200 test planı
Şekil 3: RECOM DC / DC dönüştürücünün AEC-Q sertifikalı termal döngü eğrisi
Otomobiller için sertifikalandırılmış diğer bir RECOM bileşeni, genel otomobiller için izole edilmiş bir DC / DC dönüştürücü olan RAQ-0505S / H'dir (Şekil 4) 5VDC girişe sahiptir ve 1W güç ile düzensiz 5V çıkış sağlar. Ayrıca sürekli kısa devre korumasına sahiptir. Bu cihazın tipik uygulaması, CAN veriyoluna izole edilmiş 5V voltaj sağlamaktır. RAQ0505S / H'nin AEC-Q test maddesi, AEC-Q200 ve AEC-Q104'ün ilgili gereksinimleri dahil olmak üzere R-78Q'ya benzer. İkincisi, Eylül 2017'de piyasaya sürülen nispeten yeni bir standarttır ve aktif ve pasif bileşenlere sahip "çok yongalı" modülleri kapsar. Bu modüller, aktif ve pasif bileşenleri bir paket halinde birleştirir ve bir baskılı devreye lehimlenmiş yeniden akış sağlar. Gemide.
Şekil 4: RECOM RAQ-0505S / H otomotiv sınıfı DC / DC dönüştürücü
SMT dönüştürücünün izolasyon seviyesi 5kVDC / 1s (2.8kVAC / 1min), kaçak mesafesi> 4mm'dir ve yüksek voltajlı pilin giriş ile çıkış arasındaki voltaj farkına sürekli olarak dayanabilir. Ana uygulama, elektrikli araç akü yönetim sisteminin yüksek voltajlı yan akım sensörüne güç sağlamaktır (Şekil 5). Sensör devresi, sistem topraklamasından 400V daha yüksek pil voltajıdır ve 5V'luk izole edilmiş bir güç kaynağı gerektirir.
Şekil 5: RAQ0505S kullanan yüksek voltajlı yan pil akım sensörü
RAQ-0505S / H, -40 ° C ila + 105 ° C sıcaklık aralığında tam yükte çalışabilir.Servis ömrü, şok, titreşim, devre kartı bükme ve termal döngü (1000 kez) AEC-Q200 tasarım doğrulamasına sahiptir. DC / DC dönüştürücü, IEC 60950-1'in "temel" yalıtım sertifikasını geçmiştir ve radyasyonu CISPR-25 seviye 3 ve EN55032 standartlarına uygundur ve basit bir harici filtreye sahiptir. MIL-HDBK 217F'ye göre, güvenilirlik 25 ° C'de şaşırtıcı bir şekilde 11,7 milyon saate ulaşır.
Kalite gereksinimleri-IATF16949: 2016 ve PPAP
Otomotiv pazarına giren parça tedarikçileri, Uluslararası Otomotiv Çalışma Grubu'nun IATF 16949: 2016 standardı tarafından tanımlanan kalite sistem sertifikasına sahip olmalıdır. Standart, ISO 9001'in bir uzantısıdır ve süreç odaklıdır, yönetim liderliğinden üretim süreçlerine ve satış sonrası desteğe kadar tüm organizasyona uygulanabilir. Sertifikasyon, çok sayıda dokümantasyon, iç denetim ve dış değerlendirme gerektiren uzun bir süreçtir ve kalite yönetim sistemi, sertifika vermeden önce belirli bir süre içinde uygunluğu kanıtlamalıdır. Tedarikçiler ayrıca üretim öncesinde, sırasında ve sonrasında tasarımı ve süreci kontrol eden bir üretim yönetimi programı (PPAP) sürdürmelidir. Süreç veya üretim değişiklikleri için, tedarikçilerin farklı önlemler almasını gerektiren beş sunum seviyesi vardır (Tablo 4). Endüstriyel güç kaynağı pazarında RECOM'un Tayvan'daki üretim üssü benzersizdir.Sadece tam bir IATF 16949: 2016 sertifikasına sahip olmakla kalmaz, aynı zamanda otomotiv ürünlerini yönetmek için PPAP sistemini kullanır.
Tablo 4: PPAP gönderim seviyesi
Diğer otomotiv uygulamaları için RECOM ürünleri
Diğer RECOM ürünleri serisi de yüksek hızlandırılmış ömür (HALT) ve otomotiv sınıfı cihazlara benzer üretim testlerinden geçmiştir ve aynı otomotiv sertifikalı fabrika tarafından üretilmektedir.Bu nedenle, bu üst düzey endüstriyel sınıf DC / DC modülleri araçlara veya şarj istasyonlarına monte edilebilir. Kontrol ve tespitte kullanılır. Örneğin, RKE serisi yaygın olarak CAN veri yolu izolatöründe kullanılır, RB serisi otomobil kaçak akım dedektörünün devresine takılır ve araç şarj cihazında RP ve RKE bileşenleri kullanılır.
Geniş girişli DC / DC konvertör, 16-36V veya 18-75V girişli REC15E-Z gibi filtreli 12V ve 48V otomotiv nominal gerilimiyle eşleşmeye uygundur.Ayrıca araç şarj devrelerinde RAC serisi AC / DC dönüştürücüler kullanılmaktadır. Yardımcı güç kaynağı. 528VAC'ye kadar giriş aralığına sahip RAC05-05SK / 480, devreye güç sağlamak için üç fazlı bir şarj cihazının fazları arasına bağlanabilen özellikle kullanışlı bir cihazdır Devre, araç bağlantısını algıladıktan sonra şarj cihazını başlatacaktır. Bu şekilde nötr bağlantısı olmayan L1 / L2 / L3 / PE güç kaynağı kullanılabilir.
RECOMun kardeş şirketi Güç Kontrol Sistemleri, iki yönlü AC / DC uygulamalarına kendini adamıştır
Güç Kontrol Sistemleri [2] artık demiryolu, medikal, askeri ve enerji piyasalarına yüksek güvenilirlik gerektiren özelleştirilmiş yüksek güçlü güç kaynakları sağlayan köklü bir tedarikçi olan RECOM Group'un bir parçasıdır. Yakın zamanda 10kW çift yönlü bir AC / DC dönüştürücü tanıtıldı (Şekil 6). İlk versiyonda üç fazlı AC girişi ve 20V 500A çıkışı vardır. Güç kaynağı, yeni pillerin şarj ve deşarjını kontrol etmek için iki yönlü ayar gerçekleştirir. Elektrikli araçların interaktif ev şarjına uygulanma olanağına sahip olun. Örneğin, elektrikli araçlar seçilen düşük elektrik fiyatlarıyla veya güneş enerjisi ile şarj edilebilir ve ardından elektrik fiyatları yüksek olduğunda fazla elektriği şebekeye geri verebilir veya besleyebilir. Ürün, şarj ve deşarj döngüsünü kontrol etmek ve izlemek için dijital bir arayüze sahiptir.
Şekil 6: Güç Kontrol Sistemlerinin 10kW çift yönlü AC / DC
RECOM modüler dönüştürücü zamandan ve paradan tasarruf sağlar
RECOM [3] 'ün modüler güç dönüştürücüsü, otomotiv uygulamaları için uygun maliyetli bir çözüm haline gelebilir.Fiyat sadece rekabetçi olmakla kalmaz, aynı zamanda geliştirme ve sertifikasyon süresinden de tasarruf sağlar.Kuruluş maliyeti, ayrı çözümlere göre daha düşüktür. Güç Kontrol Sistemlerini satın aldıktan sonra RECOM Group, 1W ila 10kW arasında değişen ürünler ve AEC-Q ile uyumlu bir ürün portföyü sağlayabiliyor.
