资 源 简 介
作者：SiliconLabs以太网供电高级产品经理CharlieIce对于熟悉传统发动机的人来说，纯电动汽车（EV）的引擎盖下面是一番神奇的景象。当然，主要区别在于纯电动汽车没有内燃机（ICE,InternalCombusTIonEngine），而是可能装有电力牵引逆变器。逆变器通常具有相同的尺寸，并且其安装方式类似于传统的发动机。其他系统看起来就不那么熟悉了，但是你很可能辨识出12V电池这个变化不大的组件。在非电动汽车（non-EV）中，需要12V系统为启动马达供电，该启动马达提供内燃机的初始旋转以启动四冲程燃烧循环。鉴于电动汽车不需要启动马达，因此如果发现电动汽车装有12V电池会让人大为惊讶。但是，大多数电动汽车的电气系统仍以12V电压运行。在没有内燃机或交流发电机的情况下，必须使用高压牵引电池为12V系统完全供电。这提出了一个有趣的设计要求。牵引逆变器系统很可能在800V左右的DC电压下运行。这个高DC电压会转换为AC，以驱动牵引电机。但是，电动汽车中的牵引电池并不是通过简单地串联多个12V电池去产生800V电压，它是一个密封的单元。该高压系统的加入及其在车辆中的作用意味着12V系统现在通常被当作辅助系统。它为牵引系统（包括牵引控制系统）的所有辅助设备提供动力。现在，主高压电池负责为12V辅助系统供电，以使电池保持荷电状态。出于安全考虑，操作时需要在两个电压域之间保持电气隔离。隔离至关重要典型的电动汽车有许多功能单位，包括牵引逆变器、温度控制和加热系统以及车载充电器。这些系统在完全不同的电压水平下运行，必须进行电气隔离。电气隔离可防止电流在不同电压域之间流动，同时仍支持数据传输和电能流动。从历史上看，用于数据传输的电气隔离是通过光学技术，借助LED源和光电二极管接收器实现的。但是，汽车市场尤其是电动汽车市场的需求，刺激了数字隔离技术的开发和应用。辅助电源辅助电源系统通常由专用模块控制，该模块称为辅助电源模块（APM,AuxiliaryPowerModule）。这实际上是一个DC-DC转换器，它将牵引电池和转换器的高压（HV）转换为低压（LV）。该低压总线为辅助系统供电并为12V电池充电。最初，这似乎是一个相对简单的功能，但是对电气隔离的需求却带来了额外的复杂性。许多DC-DC转换器拓扑都使用变压器在同一步骤中提供降压和电气隔离。虽然这是隔离高压和低压电路的有效方法，但确实需要额外的转换步骤才能利用变压器。具体而言，需要将高压从DC转换为AC，然后将低压从AC转换回DC。下图中的电路图显示了通用的全桥实现。图1APM的电路图全桥将DC电压转换为AC电压，因此它可以激励绝缘变压器的初级侧，并在次级侧感应出电流。然后需要将次级侧AC电压转换回DC电压。为了使用较小的磁性元件并减小最终解决方案的尺寸和重量，许多系统使用100kHz或更高的开关频率。图1的示例在变压器的初级（HV）侧使用一个全桥，在次级（LV）侧使用一个全桥同步整流器。高压侧开关的选择将基于成本与效率之间的关系，通常会使用IGBT，但较新的APM可能会使用碳化硅（SiC）MOSFET来实现最高效率。无论采用哪种开关技术，隔离栅极驱动器都起着至关重要的作用。数字隔离栅极驱动器利用CMOS技术来创建器件本身和隔离栅。图3显示了Si8239x隔离栅极驱动器中单个通道的框图，该驱动器使用射频载波穿过隔离栅传递信息。这种数字隔离技术提供了强大的隔离数据路径，该路径易于和其他CMOS技术（如栅极驱动器）集成。图2SiliconLabs的汽车级Si8239x隔离栅极驱动器系列的单向状态扩展数字隔离结论向电动汽车发展给整车厂（OEM）和一级供应商带来了重大的设计挑战。至少到目前为止，保持12V电源作为辅助电源可通过配套的原有系统简化任务。但是，取消主电源的12V电池电源（由发动机驱动的交流发电机）会增加辅助电源模块的复杂性。CMOS隔离技术带来的集成方面的进步简化了APM的设计，同时可以在车辆的全生命周期中提供安全可靠的操作。探索SiliconLabs的汽车级隔离解决方案：https://cn.silabs.com/solutions/automotive/main-dc-dc-converter来源：SiliconLabs
