简介
48 V/12 V电池体系在轿车范畴的运用指日可下。曩昔几年,世界上大多数首要的轿车制造商都在尽力证明其体系的适用性。现在来看,很明显这些体系有望在短期内完成。在完成无人驾 驶、真实主动驾驭的全主动乘用车的绵长而艰苦的过程中,这是一个必要而要害的一步。尽管如此,这并不意味着12 V电池将退出商场;因为已装置的车辆中存在太多旧体系,所以不行能 呈现这种状况。也就是说主动驾驭轿车将一起运用12 V电池和48 V电池。
这意味着车辆的内部体系将运用 48 V锂离子(Li-Ion)电池或12 V封闭式铅酸(SLA)电池,但不能一起运用这两种。但是,因为这两种电池各自的化学性质,除了要为其规划两个独立的充电电路外,还有必要运用一种机制,答应电荷在其之间活动而不会对电池或车内任何体系形成任何危害。除此之外,考虑到其间一种电池在运转时呈现毛病的状况,运用两种电池可供给冗余电源。
尽管这必定会使车辆内各种电气子体系的规划复杂化,但也存在一些长处。据一些轿车制造商称,根据48 V的电气体系可使内燃机车辆的燃油经济性进步10%至15%,然后削减二氧化碳排 放。此外,未来运用48 V/12 V双体系的车辆将答应工程师集成独立于发动机负荷运转的电动助推器技能,然后可进步加快功用。此类电动增压器已处于开发的高级阶段,而且将坐落引气体系和中冷冷却器之间,运用48 V电压轨使涡轮叶片旋转。
全球规模内的燃油经济法规越来越严厉,而联网的主动驾驭功用在新式轿车上日益遍及。因而,12 V轿车电气体系现已达到了其可用功率的极限。与此一起,这些改变好像还不行,轿车电 子体系需求也明显添加。加上相关的功率需求,这些改变发明了一系列全新的工程机会。明显,3 kW功率极限的12 V铅酸电池轿车体系有必要得到弥补。
此外,还存在影响这些体系作业方式的新轿车规范。新提出的轿车规范(称为LV 148)将二级48 V总线与现有轿车12 V体系合而为一。48 V电源轨包含一个集成起动发电机(ISG)或皮带起动发电机、48 V锂离子电池以及一个双向DC-DC转化器,可从48 V和12 V电池供给10 kW级的能量。该技能适用于传统内燃机轿车、混合动力轿车和轻度混合动力轿车,可协助轿车制造商满意日益严厉的二氧化碳排放方针。
图1. 新一代轿车将选用12 V和48 V电池供电
面向48 V/12 V电池体系的全新电源解决计划
此新规范要求12 V总线持续为焚烧、照明、信息娱乐和音频体系供电。而48 V总线将为主动底盘体系、空调压缩机、可调悬架、 电动增压器/涡轮增压器供电,乃至还将支撑制动能量收回。
在车辆中添加一个48V供电网络并非没有严重影响。电子操控单元(ECU)将受影响,且需求将其作业规模调至更高电压。这就要求DC-DC转化器制造商选用专用的IC,以完成这种高功率传输。
所以,ADI公司Power by Linear™ (PbL)产品部分规划开发了一些DC-DC转化器,能够以十分高的功率完成这一能量转化,然后在节能的一起最大极限地削减了散热规划方面的问题。
明显,这需求在12 V和48 V电池之间运用一个双向降压和升压DC-DC转化器。这种转化器可用于为其间任何一个电池充电,而且能够让两个电池一起为同一个负载供电(假如体系要求)。 从传统视点来看,这些开始的48 V/12 V双电池DC-DC转化器规划选用了不同的功率组件进行降压和升压。
ADI的PbL产品部分最近推出了一款双向DC-DC操控器 LT8228 ,它选用与降压转化相同的外部功率组件进行升压转化。
LT8228(如图2所示)是一款具有独立补偿网络的100 V双向恒流或恒压同步降压或升压操控器。电源的活动方向由LT8228主动决议,或由外部操控。输入和输出维护MOSFET用于避免呈现负电压,操控浪涌电流,并在开关MOSFET短路等毛病条件下在端子之间供给阻隔。在降压形式下,V1端子的MOSFET维护可避免呈现反向电流。在升压形式下,相同的MOSFET经过一个可调整的计时器断路器操控输出浪涌电流并进行自我维护。
此外,LT8228还具有双向输入和输出限流和独立电流监控功用。无主、容错均流答应添加或删去任何并联的LT8228,一起保证均流精度。内部和外部毛病确诊和陈述可经过毛病和陈述引脚取得。LT8228选用38引脚TSSOP封装。
LT8228是一款具有MOSFET维护功用的100V双向峰值电流形式同步操控器。在降压形式下,操控器由输入电压V1供给降压输出电压V2;或许在升压形式下,由输入电压V2供给升压输出电压V1。 输入和输出电压最高可设置为100 V。作业形式可经过DRXN引脚由外部操控,或主动挑选。此外,LT8228可对V1和V2端子供给MOSFET维护。MOSFET可避免呈现负电压,在呈现内部或外部毛病 时,在输入和输出端口之间供给阻隔维护,还供给逆流维护以及浪涌电流操控。在电池备用体系等运用中,双向功用答应运用高电压或低电压电源为电池充电。当电源不行用时,电池可供给经过升压或降压处理的电源。
为优化瞬态呼应,LT8228选用两个差错放大器:升压形式下的EA1和降压形式下的EA2,别离带有独立的补偿引脚VC1和VC2。当在轻载运转等条件下检测到反向电感电流时,操控器在断续导通形式下作业。LT8228在降压和升压形式下运用以下四个引脚进行输入和输出限流编程:ISET1P、ISET1N、ISET2P和ISET2N。此外,操控器运用IMON1和IMON2引脚供给独立的输入和输出电流监控。在整个输入和输出电压规模(0 V至100 V)内,限流编程和监控功用均有用。
此外,LT8228可供给无主、容错输出均流,可用于多个并联LT8228,然后完成更高的负载电流,更好的散热办理和冗余性。每个LT8228均可调理至均匀输出电流,无需运用主操控器。当禁 用单个LT8228或在毛病条件下,它会中止向均匀总线输出电流,然后使均流计划具有容错才能。
其他特性包含:
● 反应电压容差:±0.5%(全温度规模内)
● 双向可编程电流调理与监控
● 扩展的自测、确诊和毛病陈述
● 可编程固定或同步开关频率:80 kHz至600kHz
● 可编程软发动和动态限流
● 无主、容错均流
图2. 简化的双向电池备用体系装备中的LT8228
定论
LT8228经过运用相同的外部功率组件进行降压和升压,可进步48V/12 V双电池DC-DC轿车体系的功用、操控功用并简化规划。它可根据需求在48 V总线至12 V总线降压形式或12 V至48 V升压形式下作业。发动轿车或需求额定电源时,LT8228答应两个电池一起向同一负载供电。功率转化规划人员运用这个功用多样的双向转化器,能够轻松地装备未来全主动驾驭轿车所需的12V和48 V电池体系。
作者
Tony Armstrong
Tony Armstrong是ADI公司Power by Linear产品部的产品营销总监。他担任电源转化和办理产品从上市到停产的一切业务。参加ADI之前,Tony在凌力尔特、Siliconix Inc.、Semtech Corp.、Fairchild Semiconductors和Intel担任过营销、出售和运营方面的不同职位。他具有英国曼彻斯特大学运用数学(荣誉)学士学位。Tony于2020年春季退休。
