设计了一个13 W双输出汽车电源。用于800 V电池系统的电动汽车,支持的输入范围为30 VDC到1000 VDC的超宽输入范围。该设计采用了来自InnoSwitch3- AQ系列IC的1700 V额定INN3949CQ IC。在一个典型的配置中,9V输出为主牵引逆变器的控制电源提供了一个应急备用电源轨道(对12V损耗的功能安全要求),18 V输出提供了门电源。该设计通过观察IEC 60664第1部分和第4部分所示的所需的爬电力和间隙,提供了与18 V和9V输出的高压直流(HVDC)输入的加强隔离。在18 V和9V输出之间提供了基本的隔离。本文件包括电源设计规范、原理图、材料清单(BOM)、磁性文件、印刷电路板(PCB)布局和性能数据。
调节的18 V输出可以在60 VDC到1000 VDC的输入电压范围内连续提供10 W,可用于为碳化硅MOSFETs的电流产生提供栅极功率。在30 VDC输入时,18 V输出的功率能力降低到4W,足以在不驱动逆变器时启动。交叉调节的9V输出可提供从30 VDC到1000 VDC输入电压的3W功率,在12 V系统故障时提供备用电源以维持逆变器的运行(功能安全要求)。InnoSwitch3-AQ通过直接感知输出电压,并通过FluxLink向主侧提供快速、准确的反馈,来维持必要的调节。二次侧控制还可以采用同步整流,与二极管整流相比,提高整体效率,从而消除散热,节省成本和空间。
汽车逆变器环境恶劣,电源模块开关动作具有高dv/dt和di/dt。通过电源的隔离屏障产生较大的共模电流,这反过来会干扰电源的操作、其他逆变器块和测量信号的完整性。输入共模扼流器L1和旁路电容器C1至C6有助于过滤不必要的噪声,并防止它们影响设计的整体性能。选择了共模电感器L1,使参考板能够承受电源集成公司的内部“高压网络上的抗纹波”测试。该试验在高压输入端注入高频纹波,以模拟牵引逆变器中实际的直流链路电容器纹波。L1的最终值将取决于最终的设计或应用要求。噪声越高,L1的电感就应该越高。但是,应该考虑到电感值和直流电阻(DCR)之间的关系,这将影响到设计的整体效率。
该设计使用反弹转换器从高压输入提供两个隔离的低压输出。反弹跳变压器T1初级绕组的一端连接到高压直流输入端,而另一端连接到INN3949CQ IC1内集成的1700 V功率MOSFET的漏极端子。由二极管D1、D2、电阻R4、R5、R5、R6、R8、R9、R10和电容器C7、C8、C9形成的一次夹位电路在IC1内的开关关闭时限制IC1的峰值漏源电压。与传统的RCD钳相比,两个表面安装的AEC-Q合格的二极管串联使用,以满足爬电和间隙要求,并确保每个二极管的电压不超过其额定值的70%。电阻网络有助于消耗变压器存储在T1泄漏电抗中的能量。选择缓冲电阻器,在保持功耗低于50%的同时,不会超过其额定电压的80%。缓冲电阻的冷却区域也被考虑,以确保工作温度在可接受的水平。