InnoSwitch 3-AQ:800V 系統(tǒng)雙路輸出的高效之選
在汽車電動(dòng)化的浪潮中,高壓電源系統(tǒng)對(duì)于電動(dòng)汽車的性能和安全性至關(guān)重要。Power Integrations公司推出的一系列產(chǎn)品、技術(shù)及解決方案,為汽車行業(yè)提供了高效、可靠的電源支持。
本文引用地址:http://m.ptau.cn/article/202503/467525.htmInnoSwitch3-AQ系列是專為汽車應(yīng)用設(shè)計(jì)的關(guān)鍵產(chǎn)品,本文以INN3949CQ器件為代表。該器件額定耐用為1700V ,具備諸多優(yōu)勢(shì)。其集成了開關(guān)和FluxLink反饋技術(shù),可實(shí)現(xiàn)恒壓/恒流準(zhǔn)諧振反激式開關(guān)功能。通過FluxLink磁感耦合,能直接檢測(cè)輸出電壓,并向初級(jí)側(cè)提供快速、準(zhǔn)確的反饋,維持輸出電壓穩(wěn)定。這種技術(shù)簡化了同步整流的實(shí)現(xiàn),相較于二極管整流提高了整體效率,有助于節(jié)省空間并省去散熱片 。
關(guān)于InnoSwitch3-AQ系列的核心技術(shù)
InnoSwitch3-AQ采用反激式變換器,可從高壓輸入提供兩個(gè)隔離的低壓輸出。以設(shè)計(jì)范例中的電源為例,能實(shí)現(xiàn)30 V DC – 1000V DC輸入,輸出18V/555mA和9V/333mA的穩(wěn)定電壓,滿足汽車不同部件的供電需求,如牽引逆變器門極驅(qū)動(dòng)或應(yīng)急電源等。
完善的故障保護(hù)功能可以提升器件的穩(wěn)定性和使用壽命,其中包括輸出電流限制和短路保護(hù)。當(dāng)輸出電流超過閾值,INN3949CQ IC1將進(jìn)入自動(dòng)重啟動(dòng)(打嗝)狀態(tài),直到負(fù)載電流降至目標(biāo)閾值以下,有效保護(hù)電路和設(shè)備安全。
據(jù)介紹,遵循IEC 60664第1和第4部分規(guī)定,為高壓直流(HVDC)輸入以及18V和9V輸出提供加強(qiáng)絕緣,在18V和9V輸出之間提供基本絕緣。使用1000V加強(qiáng)絕緣變壓器,滿足爬電距離和電氣間隙要求,確保在高壓環(huán)境下的安全性和可靠性。
實(shí)際解決方案:13W雙路輸出電源設(shè)計(jì)
設(shè)計(jì)規(guī)格
該電源設(shè)計(jì)適用于800V電池供電的電動(dòng)汽車,支持超寬輸入范圍30VDC至1000VDC。18V穩(wěn)壓輸出可在60VDC至1000VDC的輸入電壓范圍內(nèi)連續(xù)提供10W輸出功率,用于為SiC MOSFET提供柵極功率;在30VDC輸入時(shí),功率雖降低至4W,但足以支持逆變器啟動(dòng)。9V輸出可在30VDC到1000VDC的輸入電壓范圍內(nèi)提供3W輸出功率,在12V系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)提供備用電源 。
電路分析
輸入濾波器:在汽車逆變器惡劣環(huán)境下,輸入共模扼流圈L1和旁路電容C1至C6能有效過濾不必要的噪聲。共模電感L1的選擇需考慮應(yīng)用要求和直流電阻(DCR),旁路電容選擇時(shí)要確保不超過其電壓額定值的65%,并滿足爬電距離和電氣間隙要求。
高壓電路:反激式變壓器T1初級(jí)繞組連接高壓直流母線和INN3949CQ內(nèi)集成的功率MOSFET漏極端子。初級(jí)鉗位電路由多個(gè)二極管、電阻和電容組成,可鉗位IC1的峰值漏源極電壓,保護(hù)電路元件。IC具有自啟動(dòng)功能,正常工作時(shí)由變壓器輔助繞組供電 。
低壓電路:INN3949CQ的次級(jí)側(cè)為次級(jí)MOSFET提供多種功能實(shí)現(xiàn)同步整流。通過電阻和電容組成的網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)輸出電壓的檢測(cè)、調(diào)整和紋波抑制,還可通過監(jiān)測(cè)電阻兩端電壓降完成輸出電流測(cè)量,實(shí)現(xiàn)過流保護(hù)。
性能結(jié)果
從效率上來看,在450VDC至1000VDC輸入時(shí),效率≥80%。不同輸入電壓和負(fù)載條件下,效率會(huì)有所變化,如在30VDC輸入時(shí),隨著負(fù)載變化效率在一定范圍內(nèi)波動(dòng)。
實(shí)際應(yīng)用中,負(fù)載調(diào)整率描述負(fù)載條件對(duì)輸出電壓的影響,輸入電壓調(diào)整率描述輸入電壓變化對(duì)輸出電壓的影響。該電源在不同輸入電壓、不同負(fù)載條件下,輸出電壓均能保持在一定的調(diào)整范圍內(nèi)。
工作環(huán)境溫度變化也是性能挑戰(zhàn)之一,在105°C和25°C環(huán)境溫度下,PI對(duì)關(guān)鍵元件的溫升進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果顯示,各元件在不同輸入電壓下的溫度均在可接受范圍內(nèi),但在實(shí)際設(shè)計(jì)中,對(duì)于某些溫度較高的元件,如INN3949CQ,建議增加散熱面積或使用散熱片、導(dǎo)熱墊 。
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