轻度混合动力汽车系统半导体方案.docx

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1、轻度混合动力汽车系统半导体方案轻度混合动力汽车系统半导体方案半导体器件应用网导语：随着对环境和空气质量状况越来越多的关注，需要解决减少车辆二氧化碳气体排放的问题。解决此问题最好的方法是降低车辆的平均油耗。使用混合动力汽车，而不是纯内燃机(ICE)动力汽车，是减少油耗的一种新方法。随着对环境和空气质量状况越来越多的关注，需要解决减少车辆二氧化碳气体排放的问题。解决此问题最好的方法是降低车辆的平均油耗。使用混合动力汽车，而不是纯内燃机(ICE)动力汽车，是减少油耗的一种新方法。在所有道路车辆中，牵引动力系统必须可以在非常宽广的功率和速度(通常被称为转矩-速度范围)条件下运行，混合动力系统的使用支持

2、系统设计人员在不同的转矩-速度范围点上自由地优化两个电源。此电源可以提供有益于加速的非常大的扭矩，但它只能在有限的时间内使用。详细时间取决于电池的大小和电机的输出转矩。有了高扭矩产生电源，可大大缩小内燃机尺寸，进而进步燃油能效。然而，增加这种混合动力源当然不是微缺乏道的工程问题，需要一种方法，包括影响很多车辆系统的设计考虑因素。功能电子化一般是通过增加高压(约350V)电池和高性能电机直接耦合到ICE动力系统来实现的。这些全混合动力汽车(HEV)一直是燃油能效车辆的定义类，从进步能效的角度，是非常有吸引力的。然而，他们增加了相当大的本钱和重量。近年来，48V汽车系统架构受到了广泛的关注。这些系

3、统可被以为是向全混合动力汽车迈出的一步。它们通常被称为“轻度混合动力汽车(MHEV)。它们由一个相对紧凑的48V电池、一台高性能电机和多个48V电气化子系统构成。48V系统的较低本钱更增加了它们对汽车整车厂商(OEM)的吸引力，将很快成为大多数汽车制造商产品组合的一局部。轻度混合动力汽车双电压架构目前，现有的48V架构有很多种，变体也在增加。大多数系统包括一个电池、一个起动机发电机、一个电压转换器，通常至少有一个48V负载。由于48V汽车仍然保存12V电池和多个12V负载，因此在可预见的将来，这些系统很可能会以双电压架构存在。请参见图1。图1.典型的48V轻度混合动力系统电气拓扑使用48V双电

4、压构造，很多新的汽车电气配置是可能的。由于48V系统从根本上来讲可以提供更高的功率程度，所以使用新的、更高功率的子系统是可能的。随着48V系统的出现，在12V拓扑中集成48V电动压缩机和48V电动稳定系统成为可能。此外，更高功率的实现将通过利用进步的能效促成更高动力的12V负载迁移到48V总线。最初，双电压系统的12V将保持原样，没有12V沟通发电机。由于唯一的电源是48V发电机，该系统将需要一个转换器，将48V产生的功率转移到12V电池。这种转换器需要紧凑、轻量级和高能效。它的设计是双向的，这使得在高电流需求时期能结合使用两种电池，需要在冷车启动等情况下使用。该双向转换器可以转换来自任何一个

5、电池的电源，并在它们之间传输能量。48V的起动发电机是主要部件。它负责产生汽车的所有电力并启动汽车。此外，起动机发电机在汽车制动经过中进展再生能量回收。在这种形式下，机器充当发电机，向动力总成提供负扭矩，使汽车减速，并回收电池的电荷。起动发电机有很多配置和功率程度，每一个都有非常详细的汽车施行目的。48V轻度混合动力汽车DC-DC转换器双向电源转换器需要在两个电池系统之间分享电荷，并且功率范围通常在1kW到3kW范围。在这种大功率范围内维持高能效的最流行的拓扑构造是多级降压升压转换器。降压拓扑支持功率从较高的电压侧向下流向较低的电压侧。升压拓扑支持功率流向相反的方向。多级设计支持将多个独立的转

6、换器子电路组合成单个高功率转换器。这种多级设计支持在轻载条件下去掉(shedding)某些段。多级shedding功能通过使用一个可导通或者关断的输出MOSFET以使能每一特定段实现。典型的转换器设计如图2所示。突出显示的方框表示安森美半导体提供大量产品的领域。InterleavedBuck-Boost48V-12VBidirectionalConverter：交织式降压-升压48V-12V双向转换器48VPositiveRail：48V正向轨48VNegativeRail：48V负向轨AlternateHalfBridgePowerModule：备用半桥电源模块GateDriver：门极驱动

7、器Half-bridgeGateDriver：半桥门极驱动器OneofNMultipleInterleavedStages：多个交织式段之一CurrentSenseAmplifier：电流检测放大器12VPositiveRail：12V正向轨12VNegativeRail：12V负向轨图2.多级DC-DC转换器的单级拓扑轻度混合动力汽车子系统MHEV有各种各样可能的48V子系统，比仅使用12V的系统实现更多可能性。MHEV上的最高功率负载是电控增压器，称为电动压缩机(E-Compressor)。由于增压器需要在几分之一秒加速到极高的速度，它需要大量的瞬态功率。典型的增压器驱动含由三相逆变器驱动

8、的低惯量三相电机。峰值功率程度可达8kW以上，尽管它的平均功率相对较低。这些宽范围功率配置完美匹配48V系统，在相对较短的时间产生大量的功率。很多其他汽车子系统也非常合适48V构造的单相和三相配置。图3列出了可能的48V子系统。图3.48V子系统小结其它48V系统很多48V子系统由低功耗三相电机驱动系统组成。这些电机驱动器最便于通过模块设计来实现。安森美半导体的汽车电源模块(APM)三相模块系列是理想的选择。这些模块为三相辅助电机驱动系统的构建提供了一个紧凑、高效的选择。该模块具有功率桥、内局部流电阻、缓冲电容器等6个器件，并构建在一个隔离的陶瓷基板上。为评估80VAPM器件的性能，创立了48V逆变器参考设计。系统配置和图片如图4所示。