0
  • 聊天消息
  • 系统消息
  • 评论与回复
登录后你可以
  • 下载海量资料
  • 学习在线课程
  • 观看技术视频
  • 写文章/发帖/加入社区
会员中心
创作中心

完善资料让更多小伙伴认识你,还能领取20积分哦,立即完善>

3天内不再提示

搭建分布式电力供应系统简化汽车动力系统的设计

电子设计 来源:郭婷 作者:的遵章守纪 2018-12-11 07:51 次阅读

一般而言,汽车动力系统采用集中供电的方式,通过多通道变压器将电池中的12 V的直流电进行转化,以为6个隔离式栅级驱动电路供电(图1)。

搭建分布式电力供应系统简化汽车动力系统的设计

图1 集中式电力供应模块示意图

设计者在集中式变压器模型方面面临着许多挑战,包括布局过于复杂和产生电磁干扰(EMI)。此外,由于需要更多层来隔离信号/电源线,还会面临电路板占用空间较大和印刷电路板(PCB)成本较高等问题。

然而,有了博通有限公司推出的配备有集成反激式控制器的汽车级智能栅极驱动,例如ACPL-32JT和ACPL-33JT,通过一些独立的组件,以及一些放置在IC旁边的小型高效变压器就可以轻易搭建一个分布式电力供应系统(图2)。这可以减少总的占用空间,并可将绝缘栅双极晶体管IGBT)通道之间电磁干扰(EMI)和噪声耦合降低到最低。

搭建分布式电力供应系统简化汽车动力系统的设计

图2 分布式电力供应模块示意图

设计简单

由于采用分布式电力供应架构,设计人员在规划线路布局的时候更具有灵活性;低电压平面(low voltage plane)和高电压平面(high voltage plane)可以轻易地区分开来。此外,整个印刷电路板( PCB)布线变得更易于管理和更为便利。

图3 采用集中电力供应设计的6通道IGBT栅级驱动器

图4 采用配有ACPL-32JT的分布式电力供应设计的6声道IGBT栅极驱动板

图3和4比较了基于集中式电力供应和基于分布式电力供应的的六通道IGBT栅极驱动板。很明显,分布式电力供应架构的印刷电路板布局更为简单,布线也更为有效。在低电压和高电压回路之间并没有PCB 走线(PCB trace)和电平(power plane),从而提高了信号的完整性,并避免对信号线造成不利的噪音干扰。

鲁棒性

分布式电力供应系统采用的变压器体积要比集中式变压器体积小14倍。图5显示了位于集中式变压器与单个变压器的大小比较。表1则列出了集中式变压器和单个变压器的实际尺寸大小。

图5 单个变压器与集中式变压器的大小比较

表1 单个变压器与集中式变压器的大小比较

搭建分布式电力供应系统简化汽车动力系统的设计

与体积更为笨重、更为高大、且容易受到机械振动影响的集中变压器相比,为每个驱动配备的单个变压器可以提高可靠性和鲁棒性。集中式供电架构使用的电力供应电容器尺寸更大,封装在一个圆筒的 CAN 包里(in a radial CAN package),非常醒目並且占据空間。为此,设计师可为分布式电力供应系统选择尺寸更小的表面贴装器件封装(SMD package)电容器。这些电容器所需的额定电压要比传统的集中式电力供应回路至少低10V~20V。

节省成本

除了设计简单和拥有较好的鲁棒性之外,选择分布式电力供应系统的另一个好处就是可以通过整个电路板尺寸和印刷电路板分层的最小化来节省成本。分布式的驱动器系统和单个的变压器可让它们紧密地放置在一起,从而节省宝贵的电路板空间。图6展示的是一个精心设计的半桥栅极驱动器电路(顶部和底部通道),放置在一个39.7mm(宽) X 52mm(长)的区域,不到标准名片一半大小。在这种情况下,一个六通道栅极驱动电路需要的PCB面积只相当于1.5张标准名片的大小。

图6 半桥栅极驱动电路板可以按照半张标准名片的大小进行紧凑设计

分布式系统也有助于减少印刷电路板的层数,因为低电压线路/平面(low voltage traces/planes)和高电压线路/平面(high voltage traces/planes)之间并没有交叉。这就不需要为传导交叉信号而添加额外的层。图7显示了专为 Fuji M651 IGBT设计的紧凑型6通道栅极驱动板,使用了配备有ACPL-32JT的仅有四层的印刷电路板。

图7 采用分布式电力供应设计且仅使用了四层PCB的紧凑型六通道栅级驱动器

更好的EMI性能

在一个集中式电力系统当中,一个大型六通道变压器通常要比单个的小型变压器发出更多的 EMI 噪声。在分布式电源供应系统当中,每个智能栅极驱动光耦合器接通过一体化的DC / DC控制器驱动单个变压器,以为侧端供电驱动IGBT。

以下测量结果表明:和小型的单个变压器相比,集中式6通道变压器(图8)的 EMI噪音要高很多(图9)。

图8 集中式六通道变压器中的EMI测量

结论

和使用传统集中式电力供应架构的栅级驱动电路板相比,分布式电力供应系统可以简化汽车多通道IGBT栅极驱动器的设计,提高鲁棒性和EMI性能,并降低组件成本。

声明:本文内容及配图由入驻作者撰写或者入驻合作网站授权转载。文章观点仅代表作者本人,不代表电子发烧友网立场。文章及其配图仅供工程师学习之用,如有内容侵权或者其他违规问题,请联系本站处理。 举报投诉
  • 变压器
    +关注

    关注

    159

    文章

    7233

    浏览量

    134650
  • pcb
    pcb
    +关注

    关注

    4312

    文章

    22920

    浏览量

    395392
  • 控制器
    +关注

    关注

    112

    文章

    16073

    浏览量

    176972
  • 汽车电子
    +关注

    关注

    3023

    文章

    7811

    浏览量

    165902
收藏 人收藏

    评论

    相关推荐

    动力系统电力系统电力网解析

    一、动力系统 电力系统动力部分的总和称为动力系统。它包括发电机、变压器、电力线路、用电设备连在一起的
    的头像 发表于 09-24 15:44 6566次阅读
    <b class='flag-5'>动力系统</b>、<b class='flag-5'>电力系统</b>和<b class='flag-5'>电力</b>网解析

    金属带CVT与动力系统的优化匹配及液压系统控制

    本文是国家九五科技攻关项目的一部分内容围绕汽车CVT 系统动力系统的匹配及液压系统的控制技术研究主要进行了以下几方面的工作1. 建立了EQ491 发动机数学模型给出了发动机与
    发表于 12-02 12:45

    分布式能源系统当微型电网技术应用

    电力系统LocalEPS1、2、3与区域的电力系统AreaElectricPowerSystem(AreaEPS)互联。局部电力系统1是负荷通过PCC直接受电的地方电力系统;局部
    发表于 06-13 14:25

    汽车动力系统技术大盘点

    汽车动力系统热点专辑  虽然电动汽车还不成熟。但是厂商还是蛮拼的。他们为用户开启了一种全新服务模式。只不过再周到的服务,也无法弥补电动汽车的根本缺陷,无非是拉拢客户罢 了。况且,他们的
    发表于 04-20 09:47

    汽车动力系统解决方案集锦

    汽车动力系统解决方案集锦  TOP1 LIN步进电机驱动器解决方案  步进电机驱动系统是由步进电机和步进电机驱动器构成的。步进电机驱动系统的性能不但取决于步进电机自身的性能,更取决于步
    发表于 04-20 09:48

    新能源汽车动力系统设计资料精华

    新能源汽车动力系统设计资料精华  混合动力汽车在结构上呈现的多样性,造成了不同混动车型使用和性能的差异,这也困惑着很多的准车主们。本文也将进一步为大家讲解混合
    发表于 04-20 09:50

    汽车动力系统大盘点:助你设计绝佳方案

    本帖最后由 liuyongwangzi 于 2015-4-21 15:04 编辑 汽车动力系统就是指将发动机产生的动力,经过一系列的动力传递,最后传到车轮的整个机械布置的过程。本
    发表于 04-21 14:59

    半导体技术在汽车动力系统中的应用是什么?

    半导体技术在汽车动力系统中的应用是什么?
    发表于 05-18 06:09

    分布式电源分布式电源装置是指什么?有何特点

    区的电力供应,节约输变电投资,提高供电可靠性等。含义简明的分布式电源定义为:35kV及以下电压等级的电源,不能直接连接到中央输电系统,主要包括发电设备和储能装置。特点分布式能源
    发表于 12-29 06:51

    常见的分布式供电技术有哪些?

    电源供电,同时也是小型分布式电源向更小型负荷供电的过程,数据体量小、接口标准清晰。分布式供电技术主要有以下优点:  1. 提高电力供应的可靠性:分布式电源设备距离用电设备较近,
    发表于 04-10 16:28

    电力系统中通信网络的应用研究

    动力系统是电厂产出电能的核心装置,系统的正常运行是电力供应的有力保证,电厂中 动力系统 的日常维护也就显得尤为重要,需要动力监控室对各种
    发表于 09-23 14:44 1076次阅读
    <b class='flag-5'>电力系统</b>中通信网络的应用研究

    汽车动力系统大盘点:助你设计绝佳方案

    汽车动力系统就是指将发动机产生的动力,经过一系列的动力传递,最后传到车轮的整个机械布置的过程。本专题介绍了汽车
    发表于 04-17 14:10 28次阅读

    分布式电推进飞机电力系统研究

    及相关技术是支撑电推进技术发展的重要基础。系统总结了电推进飞机的类型与发展现状,论述了飞机混合动力系统分布式电推进系统的基本概念、特点与意义。阐述了航空电推进
    发表于 02-04 10:03 3次下载

    分布式储能在电力系统的应用场景

    分布式储能系统通过调节负荷,吸收电力峰值,在电力供应突然降低时注入电力,就地能源存储可以缓解由可再生能源生产输出所造成的电源波动。
    的头像 发表于 06-28 16:56 1651次阅读

    汽车动力系统的电气化

    汽车动力系统的电气化
    的头像 发表于 11-29 16:30 763次阅读