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想消除里程焦虑和高成本?看TI如何解决电动汽车的核心痛点

2021-10-09 13:59 来源:电源网原创 编辑:李

据联合国政府间气候变化委员会(IPCC)发布的第六次气候评估报告指出,地球温度攀升,全球温度存在失控风险,世界在未来几十年将面临进一步的气候危机。而几十年前的今天,人类活动排放的温室气体已使全球平均气温比工业化前上升了1.1℃,这助推了今年灾难性天气的发生。电动汽车的广泛推行已成为社会共识,面向碳中和的低碳、零碳乃至负碳技术将成为未来全球产业革命和科技竞争的关键。

现在电动汽车面临的最大的挑战是成本。如今,每千瓦时的平均电价已超过1000美元。到2024年,价格预计将跌至100美元以下。随着越来越多的公司接受电动汽车并对其技术进行创新,价格有望继续下降。这与德州仪器(TI)“降低汽车制造商的生产成本和消费者的购买价格”的目标不谋而合。与此同时,电动汽车的行驶范围正在增加,现在最新的电动汽车一次充电可以行驶480公里以上,加上充电站数量的增加,越来越多的消费者表示愿意购买电动汽车。

TI汽车系统工程与市场营销部门总监Ryan Manack在9月28日召开的在线新闻发布会上表示,TI希望借助自己的技术和专业知识帮助客户集成动力系统,以降低成本,简化设计,提高功能安全和增强可靠性。动力系统集成还能够通过在更小的解决方案中实现更高的功率来扩展驱动范围,提高系统效率与功率密度,以延长行驶里程。这会使电动汽车得到更广泛的应用。

TI此次发布的尺寸更小、精度更高的1.5W 隔离式直流/直流偏置电源模块UCC14240-Q1,使用专有集成变压器技术,通过全新的易用型偏置电源模块,可将电源解决方案的尺寸减小一半,满足系统小型化和轻量化需求。

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UCC14240-Q1的产品说明图

改用分布式电源架构有何优势可言?

多年来,汽车设计工程师都在致力于提高电动汽车的效率和可靠性,同时降低其动力总成系统的重量。改用分布式电源架构,即隔离式栅极驱动器配上专用的偏置电源,不仅可以大大提高在隔离式高压环境中的可靠性,还可以减少设计周期与组件数量,缩小尺寸和重量。高度集成的电源解决方案可减少系统空间占用并实现轻量化的目标。

在可靠性方面,在IC尺寸的封装中实现隔离式功率传输,一般传统解决方案使用笨重、嘈杂的单一变压器为各个组件供电,一旦该变压器或电源出现问题,整个系统将会瘫痪。而在分布式系统中,隔离式栅极驱动器配有专用的偏置电源,因此可以提高系统对单点故障的反应能力。如果其中一个偏置电源失效,其他偏置电源及其配套的栅极驱动器仍可正常运行,这也保证了汽车在道路上的行驶安全。

在尺寸和重量方面,分布式电源架构通过减少组件数量将电源解决方案的尺寸减小一半,使系统更加小型化和轻量化。同时它可以缩短设计周期,实现体积更小、重量更轻,抗振性更佳的优点,有助于进一步提升车辆的行驶里程。

UCC14240-Q1助力解决电动汽车的核心痛点

“这款采用专有集成变压器技术的最新器件UCC14240-Q1有助于实现半分布式和分布式电源架构。迄今为止,UCC14240-Q1是业界最小、最精确的1.5W隔离式DC/DC偏置电源模块。它使用的专有集成变压器技术,可将电源解决方案尺寸缩小一半”,Ryan Manack表示:“使用该产品可将性能和功率密度提高到一个新的水平,同时通过简单易用的设备更快地进入市场。”

TI的专有集成变压器技术为系统带来了明显的尺寸变化。UCC14240-Q1与传统解决方案与相比降低了7mm以上,厚度降为3.55mm,体积缩小75%,并将BOM组件数量从26个缩减至10个。此外,TI解决方案的额定绝缘电压更高,为3000VRMS。该款产品的绝缘性能经由100%的生产测试和独立的第三方认证。

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普通IC和UCC14240-Q1对比图

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HEV/EV牵引逆变器中的UCC14240-Q1

UCC14240-Q1优化的不仅有尺寸,还有系统集成。推挽和反激式变压器需要几个分立元件来构建电路,包括整流器、缓冲器和电压调节器。TI的集成设计将这些功能融入电路板中,消除了对复杂外部组件的需求。只需安装一个去耦电容和电压+电流设置电阻即可使用。不再需要反激式和推挽式电路中常见的平衡漏感和一个到二个电容的变压器设计,为设计工程师节省了大量的开发时间。另外,该款产品还可将外部组件的数量缩减超过60%,简化了供应链和采购流程。 

除此之外,UCC14240-Q1还拥有更低的EMI和出色的温度精度。集 成 变 压 器 具 有3.5pF 的初级到次级电容,针对EMI性能和瞬态抗扰度进行了优化。闭环控制在零下40℃至150℃范围内可实现±1.0%精度的双输出。

TI一直将重点放在动力系统中各个子系统的集成、减少 DTC 和功率密度改进上。通过将整个动力总成系统集成到一个单元中,OEM 厂商可以将其提高到更高水平,进一步降低成本,这与 IC 行业中的片上系统概念相似。第一步是将 OBC 和直流/直流子系统组合到一个盒子中,将牵引逆变器和直流/直流子系统组合到一个盒子中。这就是系统级集成式动力总成解决方案的基本原理,无论我们采用哪种配置,集成式动力总成概念都可以显著降低动力总成系统的整体重量、增大功率重量比、消除子系统之间的布线并实现 DTC 目标。高度集成的UCC14240-Q1提供易于使用且可靠的隔离偏置电源。它是目前市场上最小的解决方案,可以用于电路板的顶部和底部,为设计提供更大的灵活性。

目前混合动力汽车和电动汽车市场正在快速增长,这个市场的未来增长取决于成本降低,以使消费者能够负担得起混合动力汽车和电动汽车,并使原始设备制造商有利可图。UCC14240-Q1将这种集成概念提升到了一个新高度,这既降低了成本,又提高了汽车的总里程数。以上即是TI为解决电动汽车的核心问题里程焦虑和高成本交出来的完美答卷。相信通过诸如TI这般实力雄厚的创新企业的不懈努力,未来汽车市场会有翻天覆地的变化。

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