车载电源转换器

由于(yu)电(dian)子元件提(ti)供了更高(gao)的(de)可靠性，使OEM能够实现绿色能源(yuan)目标，汽车电(dian)气化持续增加。最显(xian)著的(de)变化是在(zai)传统的(de)12V平(ping)台(tai)上(shang)增加了高(gao)压、高(gao)功率电(dian)池(chi)，这(zhei)(zhei)些高(gao)电(dian)压、高(gao)功率电(dian)池(chi)在(zai)300V 上(shang)，堆积(ji)物测试成本(ben)和风险也变得(de)更高(gao)的(de)，因此需(xu)要一个新的(de)测试范例来(lai)解决这(zhei)(zhei)些车辆的(de)高(gao)压、高(gao)功率环境。

对电力转换的需求

电(dian)(dian)池是(shi)电(dian)(dian)动汽车(che)的(de)(de)心脏。它的(de)(de)电(dian)(dian)压(ya)和功率必须是(shi)高(gao)的(de)(de)，以(yi)提供给(ji)电(dian)(dian)动汽车(che)更长的(de)(de)续航时间(jian)所需(xu)的(de)(de)持久能(neng)量。电(dian)(dian)源转(zhuan)换器是(shi)必要(yao)的(de)(de)，从电(dian)(dian)池中获取高(gao)压(ya)直(zhi)流(liu)，并将其转(zhuan)换成不(bu)同的(de)(de)电(dian)(dian)压(ya)和电(dian)(dian)流(liu)，以(yi)驱动的(de)(de)不(bu)同系统，如图所示(shi)。

然(ran)而，并不是所有(you)的(de)系(xi)统都与电(dian)池的(de)电(dian)压相同。汽车前(qian)灯、信(xin)息(xi)娱乐和驾驶辅(fu)助(zhu)系(xi)统可以在12V直流电(dian)压下运行，而加热、电(dian)动/液(ye)压动力转(zhuan)向(EPS/EHPS)和轧辊的(de)稳定运行需要48V直流电(dian)压。

车载充(chong)电(dian)器(OBC)是一种交(jiao)(jiao)(jiao)流(liu)(liu)/直(zhi)流(liu)(liu)系统，可以在高压电(dian)网中对(dui)电(dian)池(chi)(chi)进行充(chong)电(dian)，它能将交(jiao)(jiao)(jiao)流(liu)(liu)电(dian)从电(dian)网转换为电(dian)池(chi)(chi)所(suo)需要(yao)的(de)(de)直(zhi)流(liu)(liu)电(dian)源。车辆中也有交(jiao)(jiao)(jiao)流(liu)(liu)元件和负载，如电(dian)机和发电(dian)机，电(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)直(zhi)流(liu)(liu)电(dian)源被转换成(cheng)交(jiao)(jiao)(jiao)流(liu)(liu)电(dian)来驱(qu)动(dong)电(dian)机。同样，再生(sheng)制动(dong)产(chan)生(sheng)的(de)(de)交(jiao)(jiao)(jiao)流(liu)(liu)电(dian)源转换成(cheng)直(zhi)流(liu)(liu)电(dian)源，储存(cun)在电(dian)池(chi)(chi)中。

为什么高功率转换效率很重要

功率(lv)(lv)(lv)转换效率(lv)(lv)(lv)评(ping)估一(yi)种(zhong)电力形式向另一(yi)种(zhong)形式转换的(de)(de)效果如何。效率(lv)(lv)(lv)的(de)(de)测(ce)量方法是将瓦特(te)的(de)(de)输(shu)出功率(lv)(lv)(lv)除以瓦特(te)的(de)(de)输(shu)入(ru)功率(lv)(lv)(lv)，并(bing)以百分数表示，功率(lv)(lv)(lv)转换器的(de)(de)效率(lv)(lv)(lv)通常超过90%。

功(gong)率转(zhuan)换过程效(xiao)率越高，浪(lang)费(fei)的(de)(de)功(gong)率就越小。使(shi)功(gong)率转(zhuan)换效(xiao)率最(zui)大(da)化是(shi)重要的(de)(de)，因(yin)为浪(lang)费(fei)的(de)(de)电力的(de)(de)成本(ben)是(shi)高昂(ang)的(de)(de)。高功(gong)率的(de)(de)转(zhuan)换效(xiao)率使(shi)电动汽车能源消耗的(de)(de)更少，不需要频繁的(de)(de)充电，能行驶(shi)更长的(de)(de)距离，变得更环保。

随(sui)着汽(qi)车(che)电气化(hua)技术(shu)的普及，电动汽(qi)车(che)市场的快速发展正(zheng)驱动着对更高效率(lv)功率(lv)转(zhuan)(zhuan)换(huan)技术(shu)的需求(qiu)。这些开发有助于正(zheng)确地度(du)量(liang)和管理(li)电动汽(qi)车(che)的功耗。准确的功率(lv)转(zhuan)(zhuan)换(huan)测量(liang)是降低(di)能耗、提高功率(lv)转(zhuan)(zhuan)换(huan)效率(lv)的关键。

电源转换器的测试挑战

先进的(de)宽带隙半(ban)导体，如碳化(hua)硅(SiC)和(he)氮化(hua)镓(GaN)，能够以(yi)进行高电(dian)压和(he)高功率操作。与(yu)任何新技术一样，电(dian)源(yuan)转化(hua)器也(ye)有新的(de)挑战要(yao)解决。工程师需要(yao)考虑高压、高功率设计和(he)测试的(de)影响(xiang)，以(yi)使(shi)成(cheng)本(ben)最(zui)小化(hua)，符(fu)合安(an)全(quan)规则，避免电(dian)路故障(zhang)、电(dian)磁干扰(EMI)、热问(wen)题等等。

适(shi)用(yong)于高(gao)电(dian)压(ya)和高(gao)功率的(de)(de)测试设备(bei)比低功率设备(bei)贵很多倍，运营费用(yong)将会增(zeng)加(jia)，因为一(yi)个10kW的(de)(de)电(dian)源消耗的(de)(de)电(dian)量是1kW的(de)(de)10倍。所(suo)有这(zhei)些能量将产生大(da)量的(de)(de)热量，需(xu)要被消耗掉(diao)。冷却(que)系(xi)统有助于减(jian)少热量，但(dan)增(zeng)加(jia)了排(pai)放的(de)(de)成本。为了遵守高(gao)电(dian)压(ya)安全(quan)规则，需(xu)要考虑(lv)安全(quan)断(duan)开系(xi)统。如果要在全(quan)世界部署(shu)这(zhei)些系(xi)统，支持和维(wei)护计划将变(bian)得更(geng)加(jia)复(fu)杂，所(suo)有这(zhei)些都导致了高(gao)成本。

HEV/EV中(zhong)的功率转换器具(ju)有双向能(neng)(neng)量流。测试(shi)双向和(he)再生能(neng)(neng)源系统和(he)设备(bei)需(xu)要一(yi)个两象限的解决方案，就(jiu)像电池一(yi)样。在设计和(he)测试(shi)环境中(zhong)，电池不是一(yi)种有效的测试(shi)工具(ju)，因为你不能(neng)(neng)将电压或其他特性设置为你需(xu)要的来(lai)做特定测试(shi)。

测(ce)试电(dian)(dian)(dian)力转(zhuan)换(huan)(huan)器(qi)(qi)的(de)(de)新方(fang)(fang)法(fa)应该解决测(ce)试的(de)(de)挑战和消(xiao)除通(tong)用测(ce)试方(fang)(fang)法(fa)的(de)(de)缺(que)点。一个例子(zi)是(shi)1003A电(dian)(dian)(dian)源转(zhuan)换(huan)(huan)器(qi)(qi)测(ce)试解决方(fang)(fang)案(an)，它(ta)(ta)是(shi)测(ce)试HEV/EV电(dian)(dian)(dian)源转(zhuan)换(huan)(huan)器(qi)(qi)(如OBC)的(de)(de)理想方(fang)(fang)案(an)，如图2所示。EV1003A由三种仪器(qi)(qi)组成：RP7900系列再生电(dian)(dian)(dian)力系统，它(ta)(ta)取(qu)代(dai)了电(dian)(dian)(dian)池在测(ce)试装置中的(de)(de)位置；PA2200系列集成功(gong)率(lv)分析仪，进行功(gong)率(lv)测(ce)量；SD1000安(an)(an)全(quan)断(duan)开解决方(fang)(fang)案(an)，处理故(gu)障和确保输出安(an)(an)全(quan)。

高电压、高功率的电池仿真器

EV1003A扩展了功(gong)率(lv)曲(qu)线，使(shi)用户在(zai)一(yi)(yi)个(ge)电(dian)(dian)源中有(you)更多的(de)(de)(de)电(dian)(dian)压和电(dian)(dian)流(liu)(liu)组合。当需要更多的(de)(de)(de)能量(liang)时(shi)，可(ke)以(yi)(yi)通(tong)过(guo)简单的(de)(de)(de)并行连接创建一(yi)(yi)个(ge)高(gao)达150kW的(de)(de)(de)系(xi)统(tong)。EV1003A解决方案的(de)(de)(de)核心是RP7900。它为汽车(che)电(dian)(dian)气化(hua)测(ce)试(shi)提供了电(dian)(dian)池仿(fang)真能力，如两象(xiang)限(xian)操作(zuo)和可(ke)编程(cheng)输(shu)出(chu)电(dian)(dian)阻。例如，RP7900可(ke)以(yi)(yi)作(zuo)为一(yi)(yi)种源动(dong)力来测(ce)试(shi)车(che)辆的(de)(de)(de)系(xi)统(tong)和接收器功(gong)率(lv)，以(yi)(yi)测(ce)试(shi)车(che)辆的(de)(de)(de)车(che)载充电(dian)(dian)系(xi)统(tong)和再生制动(dong)。与一(yi)(yi)般(ban)方法相(xiang)比，直流(liu)(liu)精(jing)度和动(dong)态性能得到了优化(hua)。所有(you)电(dian)(dian)流(liu)(liu)都(dou)有(you)一(yi)(yi)个(ge)测(ce)量(liang)系(xi)统(tong)，大大提高(gao)了测(ce)量(liang)性能。

节约成本和“绿色”清洁再生

RP7900的再生能力也使消耗的能量(liang)返(fan)回到电(dian)网中(zhong)，电(dian)力的成本降低(di)了85%以上。该集成功(gong)率分析(xi)仪使测(ce)试(shi)的交流和直(zhi)流功(gong)率测(ce)量(liang)变(bian)得更简单，它可(ke)以测(ce)量(liang)任(ren)何车辆(liang)的功(gong)率转换(huan)器，例如车载充(chong)电(dian)器的交直(zhi)流功(gong)率转换(huan)效率。

维护测试人员和设备

安全断(duan)开(kai)系统(tong)的设计专(zhuan)门用于RP7900系列(lie)。在对故障(zhang)的响应中(zhong)，安全断(duan)开(kai)将(jiang)在不到15毫(hao)秒内消除输(shu)出(chu)电(dian)压。故障(zhang)可由RP7900或用户通过(guo)紧急开(kai)关产生，它也符(fu)合EMC和安全法规。

设(she)计(ji)了一个解决(jue)方案(an)(an)，专门解决(jue)市场面临(lin)的(de)安全(quan)、监管和环境(jing)问题。这个解决(jue)方案(an)(an)是(shi)唯(wei)一的(de)商业的(de)再(zai)(zai)生电(dian)(dian)力系统，具有高度(du)集成的(de)安全(quan)特性，保护测(ce)试人员和测(ce)试设(she)备。再(zai)(zai)生能(neng)力使消耗(hao)的(de)能(neng)量能(neng)够干净(jing)利落(luo)地(di)返回到电(dian)(dian)网中，节(jie)省(sheng)能(neng)源消耗(hao)和冷却的(de)成本，同时不影响电(dian)(dian)网。解决(jue)方案(an)(an)和全(quan)球范围的(de)支(zhi)持让(rang)用户有信心部署(shu)高电(dian)(dian)压、高功率的(de)解决(jue)方案(an)(an)，以(yi)满足市场的(de)快速、高速增(zeng)长的(de)需求(qiu)。

车载电源转换器电路图

汽车点烟器(qi)获取的(de)电压(ya)是(shi)12的(de)直流电压(ya)，一(yi)(yi)般的(de)12V低压(ya)电器(qi)可直接使用。但有些(xie)CD、MP3、MP4等(deng)却(que)需要不同的(de)电源电压(ya)，如(ru)3V、6V等(deng)等(deng)。下面简单(dan)转换器(qi)可解(jie)决这一(yi)(yi)问题(ti)。

电(dian)(dian)路(lu)图如(ru)上(shang)所示，12V电(dian)(dian)源从车载点烟器插孔(kong)取出(chu)，经二刀六位波(bo)(bo)段开关(guan)之一(yi)SW1A送入(ru)(ru)可调(diao)三端稳压器LM317的(de)输(shu)入(ru)(ru)脚，LM317的(de)调(diao)整脚(ADJ)经SW1B接入(ru)(ru)不(bu)同(tong)阻值的(de)电(dian)(dian)阻到电(dian)(dian)源负端。当(dang)SW1在(zai)不(bu)同(tong)档位时(shi)，就(jiu)可在(zai)输(shu)出(chu)端获(huo)得(de)1.5V、3.0V、5.0V、6.0V、9.0V、12V几(ji)种电(dian)(dian)压，供相应的(de)低(di)压电(dian)(dian)器使用。LM317应安装在(zai)铝(lv)散热(re)器(100×100×25mm)上(shang)，主要是因为在(zai)1.5V档时(shi)发(fa)热(re)量较大。整个电(dian)(dian)路(lu)装入(ru)(ru)适当(dang)的(de)小盒中，面板上(shang)只设波(bo)(bo)段开关(guan)即(ji)可。

图(tu)中R2~R6是输出(chu)电压设定(ding)电阻，若需其它等(deng)级电压，可(ke)按(an)下式计算：

VOUT=(1+R2/R1)VREF+IADJ≌(1+R2/R1)VREF

式(shi)中VREF为(wei)基准电压(ya)，典(dian)型(xing)值1.25V，IADJ为(wei)ADJ脚流(liu)出电流(liu)，典(dian)型(xing)值50μA，R2代(dai)表图中R2~R6之一(yi)。

图(tu)中C1、C2为防振(zhen)电(dian)容，C3可提高(gao)纹波除去率(lv)和电(dian)路稳定性(xing)，D1为输出短路保护(hu)二极(ji)管，D2防止输出端出现高(gao)于输入端电(dian)位(wei)时对稳压(ya)器的(de)损(sun)害。

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