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採用DCM為HEV/EV電氣系統配電

2016年01月20日  | Arthur Russell/Vicor首席應用工程師

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在提到多部機載電腦、娛樂資訊系統與大量分布式控制模組以及高強度照明、攝影機及車道感知監控等汽車配件時,混合動力電動車與純電動車(HEV及BEV)通常佔據主導地位。所有這些零件耗電電壓為12V,另外還配備車窗除霧器和氣候控制鼓風機等其他通用電動汽車負載;一般的汽車交流發電機額定電流通常是50~70A。


然而,HEV與BEV沒有持續運轉的內燃機引擎,因而無法使用熟悉的機械驅動交流發電機為這些配件供電,維持其12V的標準車用電池。同樣,HEV與BEV也沒有傳統汽車上配備的機械驅動動力轉向泵及空調壓縮機。即便動力煞車(ICE歧管真空的動力中斷)等某些看似簡單的系統,在HEV中也需要不同的解決方案。


HEV需要不同以往的充電解決方案。
HEV需要不同以往的充電解決方案。

在電動車環境下,大多數這些從前以機械方式提供動力的系統,現在是以消費性電子設備的模式來實現。如動力方向盤現已成為高功率電氣致動線控(drive-by-wire)系統,空調使用無刷DC或三相交流馬達驅動壓縮機;即使是停車煞車,也在使用馬達以電氣方式致動卡鉗。這些系統可顯著提升對安全觸碰(safe-to-touch)12V電源的要求。


DC-DC轉換器模組(DCM)

DCM是一種隔離式穩壓DC-DC轉換器;產品線包含廣泛的輸入離線(高電壓)輸入系列以及低輸入電壓系列,適用於工業或傳統汽車應用。DCM可透過寬廣之輸入電壓實現極高的功率密度。它們支援輸出電壓微調,微調範圍通常超過 50%,在超載情況下有軟啟動(soft-start)和恆流工作模式。DCM陣列實施容易──其內建負載線可實現多達8個模組之無線陣列,功率高達4.8kW。


輔助電源模組之要求

電動車使用輔助電源模組(APM)取代交流發電機。APM不僅可將主牽引電池之高電壓降低至12V標稱系統之穩壓低電壓匯流排,同時還可維持兩者之間的電氣隔離。需要穩壓才能將充電電流限定於12V配件電池電壓,才能為電流充電狀態提供溫度補償維持。需要進行隔離,因為車上的乘客可能會觸碰到12V系統及汽車底盤,它們必須與高壓牽引電池系統帶來的電擊危險保持絕緣。


對於客車而言,功率為1.8kW(也可以說是電壓13.8V且電流130A)的APM非常常見。對於短程通勤車輛或電動摩托車等更多基本車輛平台來說,APM的功率較低。


DCM 針對 APM 應用進行最佳化

DCM290P138T600A40是針對APM應用而最佳化的DCM範例。其輸出微調範圍已縮減到維持標準鉛酸電池所需的範圍,採用48×23×7.5mm尺寸ChiP封裝,允許針對 600W最佳化密度。


採用 Vicor 的 DCM 技術實施 APM 有數項優點。DCM 的優異功率密度意味著滿足相同 APM 解決方案所需的內部空間更小。PCBA 之 AOM 內和機械支撐系統內需要更少的空間,而且可為更高效能或更低成本的熱機械解決方案及連接器騰出更多空間。


DCM恆流工作模式意味著它在12V系統處在尖峰負載狀況下時不會關斷。相反,APM會逐漸進入恆流工作模式,讓12V標準電池穩定匯流排電壓。這不視為故障狀態,而且DCM若經充分冷卻,會讓電流限定工作持續不斷。


另一項優點是DCM模組之功率位準可產生大小恰好適合HEV/BEV DC-DC轉換器應用之間隔。現有兩個DCM之電氣設計只要為系統增加更多的模組,功率位準便可非常輕鬆地擴充2倍或4倍。沒有用以再補償之外部迴路、沒有用以再加工(rework)之共享方程式,也沒有用以重調大小之外部分流器。同樣的 APM 技術可在保持最佳尺寸、重量及功率的同時,在多個車輛平台間重複使用。





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