【導讀】電動汽車(EV)和混合動力電動汽車(HEV)正(zheng)在(zai)不(bu)斷(duan)演(yan)進(jin)
，其(qi)中(zhong)的(de)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)同(tong)樣(yang)也(ye)在(zai)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)。在(zai)這(zhe)些(xie)車(che)輛(liang)的(de)整(zheng)體(ti)構(gou)造(zao)和(he)功(gong)能(neng)方(fang)麵(mian)，越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)發(fa)揮(hui)著(zhe)重(zhong)要(yao)作(zuo)用(yong)。但(dan)是(shi)，司(si)機(ji)並(bing)沒(mei)有(you)改(gai)變(bian)。

電動汽車(EV)和混合動力電動汽車(HEV)正(zheng)在(zai)不(bu)斷(duan)演(yan)進(jin)
，其(qi)中(zhong)的(de)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)同(tong)樣(yang)也(ye)在(zai)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)。在(zai)這(zhe)些(xie)車(che)輛(liang)的(de)整(zheng)體(ti)構(gou)造(zao)和(he)功(gong)能(neng)方(fang)麵(mian)，越(yue)來(lai)越(yue)多(duo)的(de)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)發(fa)揮(hui)著(zhe)重(zhong)要(yao)作(zuo)用(yong)。但(dan)是(shi)，司(si)機(ji)並(bing)沒(mei)有(you)改(gai)變(bian)。他們仍然希望自己的電動汽車和混合動力電動汽車能夠順利地行駛更遠，變得更經濟實惠，充電速度更快，並確保他們的安全。那麼設計人員如何才能以更低的成本為他們提供更多服務
？

隨著對安全性、功率密度和電磁幹擾(EMI)的要求越來越嚴格，湧現了不同的電源架構來應對這些挑戰
，包括為每個關鍵負載配備獨立偏置電源的分布式電源架構。

電動汽車中的傳統電源架構

汽車設計工程師可以根據電動汽車的電源要求為某些電源架構設計方案。圖1所示的傳統方法是集中式電源架構，它使用一個中央變壓器和一個偏置控製器來為所有柵極驅動器生成偏置電壓。

圖1：混合動力電動汽車/電動汽車牽引逆變器中的集中式架構

集ji中zhong式shi架jia構gou成cheng本ben較jiao低di
，因yin而er這zhe種zhong解jie決jue方fang案an曆li來lai廣guang受shou歡huan迎ying
，但dan這zhe種zhong架jia構gou可ke能neng難nan以yi管guan理li故gu障zhang和he調tiao節jie電dian壓ya
，而er且qie布bu局ju具ju有you挑tiao戰zhan性xing。集ji中zhong式shi架jia構gou也ye容rong易yi受shou到dao更geng多duo噪zao音yin的de影ying響xiang，並bing且qie一yi個ge係xi統tong區qu域yu內nei的de元yuan件jian又you高gao又you重zhong。

最(zui)後(hou)
，隨(sui)著(zhe)可(ke)靠(kao)性(xing)和(he)安(an)全(quan)性(xing)成(cheng)為(wei)重(zhong)中(zhong)之(zhi)重(zhong)

，集(ji)中(zhong)式(shi)架(jia)構(gou)的(de)電(dian)源(yuan)缺(que)乏(fa)冗(rong)餘(yu)，如(ru)果(guo)偏(pian)置(zhi)電(dian)源(yuan)中(zhong)的(de)單(dan)個(ge)元(yuan)件(jian)出(chu)現(xian)故(gu)障(zhang)，則(ze)可(ke)能(neng)導(dao)致(zhi)大(da)型(xing)係(xi)統(tong)故(gu)障(zhang)。部(bu)署(shu)分(fen)布(bu)式(shi)架(jia)構(gou)可(ke)防(fang)止(zhi)電(dian)源(yuan)故(gu)障(zhang)，從(cong)而(er)打(da)造(zao)更(geng)可(ke)靠(kao)的(de)係(xi)統(tong)。

通過分布式架構實現高可靠性

如果在汽車以65英裏/xiaoshidesuduxingshishi，qianyinnibianqidianjizhongdeyigexiaoxingdianziyuanjianchuxianguzhang，dajiakendingdoubuxiwangcheliangturanfadongjishilinghuowanquantingzhi。donglizongchengxitongneideanquanrongyuhebeiyongdianyuanyichengweiquebaoanquanxinghekekaoxingdebiaopei。

分布式電源架構可為每個柵極驅動器分配一個與其靠近的專用的
、本地的、方fang便bian調tiao節jie的de偏pian置zhi電dian源yuan，以yi滿man足zu電dian動dong汽qi車che應ying用yong環huan境jing中zhong的de可ke靠kao性xing要yao求qiu

，因yin此ci可ke以yi提ti供gong冗rong餘yu並bing提ti高gao係xi統tong對dui單dan點dian故gu障zhang的de反fan應ying能neng力li。例li如ru
，如ru果guo與yu柵zha極ji驅qu動dong器qi配pei套tao的de其qi中zhong一yi個ge偏pian置zhi電dian源yuan失shi效xiao，其qi他ta五wu個ge偏pian置zhi電dian源yuan及ji其qi配pei套tao的de柵zha極ji驅qu動dong器qi仍reng可ke正zheng常chang運yun行xing。如ru果guo六liu個ge柵zha極ji驅qu動dong器qi中zhong有you五wu個ge仍reng可ke正zheng常chang運yun行xing
，電dian機ji便bian能neng以yi良liang好hao的de控kong製zhi方fang式shi減jian速su和he關guan閉bi，或huo者zhe可ke能neng繼ji續xu運yun行xing。使shi用yong這zhe種zhong電dian源yuan係xi統tong設she計ji，車che輛liang中zhong的de乘cheng客ke甚shen至zhi都dou不bu會hui意yi識shi到dao出chu現xian問wen題ti。

外部變壓器偏置電源（如反激式和推挽式控製器）很高、很hen重zhong且qie占zhan用yong麵mian積ji較jiao大da
，阻zu礙ai了le分fen布bu式shi架jia構gou在zai輕qing型xing電dian子zi設she備bei中zhong的de使shi用yong。電dian動dong汽qi車che電dian源yuan係xi統tong需xu要yao更geng先xian進jin的de器qi件jian，即ji更geng小xiao的de集ji成cheng變bian壓ya器qi模mo塊kuai，例li如ruUCC14240-Q1隔離式直流/直流偏置電源模塊
，它可將變壓器和元件集成到一個經優化的

、具有低高度的平麵磁性元件模塊解決方案中。

將平麵變壓器集成在集成電路尺寸的封裝中
，可以大幅減小電源係統的尺寸、降低其高度並減輕其重量。UCC14240-Q1集成了變壓器和隔離，可提供簡單控製和較低的初級到次級電容，提高密集和快速開關應用中的共模瞬變抗擾度(CMTI)。將初級和次級側控製與隔離完全集成
，可在一個器件中實現穩定的±1.3%隔離式直流/直流偏置電源。通過實現1.5W的輸出功率，甚至在高達105°C的溫度下也是如此，UCC14240-Q1可以為分布式架構中的柵極驅動器供電，如圖2所示。

圖2：使用UCC14240-Q1的電動/混動汽車牽引逆變器中的分布式架構

在分布式架構中驅動動力總成係統的其他注意事項

電動汽車需要高標準的可靠性和安全性，而這種要求會滲透到各個功率轉換電子設備上。元件必須以受控且經過驗證的方式在125°C及以上的環境溫度下運行。隔離式柵極驅動器需要是“智能的”，包括多項安全和診斷功能。為係統中的柵極驅動器和其他電子設備供電的低功率偏置電源也需要改進，包括實現低EMI。UCC14240-Q1利用TI的集成變壓器技術，結合使用3.5pF的初級到次級電容變壓器，可降低高速開關產生的EMI，並輕鬆實現超過150V/ns的CMTI。

偏(pian)置(zhi)電(dian)源(yuan)靠(kao)近(jin)分(fen)布(bu)式(shi)架(jia)構(gou)中(zhong)的(de)隔(ge)離(li)式(shi)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)，可(ke)確(que)保(bao)更(geng)簡(jian)單(dan)的(de)印(yin)刷(shua)電(dian)路(lu)板(ban)布(bu)局(ju)布(bu)線(xian)和(he)更(geng)好(hao)地(di)調(tiao)節(jie)為(wei)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)供(gong)電(dian)的(de)電(dian)壓(ya)，最(zui)終(zhong)驅(qu)動(dong)電(dian)源(yuan)開(kai)關(guan)的(de)柵(zha)極(ji)。這(zhe)些(xie)因(yin)素(su)可(ke)以(yi)提(ti)高(gao)牽(qian)引(yin)逆(ni)變(bian)器(qi)的(de)效(xiao)率(lv)和(he)可(ke)靠(kao)性(xing)

，通(tong)常(chang)可(ke)使(shi)其(qi)在(zai)100kW至500kW下運行。這些高功率係統需要更高的效率以確保更小的熱損失，因為熱應力是元件故障的主要原因之一。

隨著這些電動汽車電源係統對功率的要求越來越高，是時候考慮使用碳化矽和氮化镓電源開關來實現更小、更(geng)高(gao)效(xiao)的(de)電(dian)源(yuan)了(le)。這(zhe)兩(liang)種(zhong)半(ban)導(dao)體(ti)技(ji)術(shu)各(ge)自(zi)都(dou)有(you)一(yi)些(xie)優(you)點(dian)，但(dan)需(xu)要(yao)比(bi)成(cheng)熟(shu)的(de)傳(chuan)統(tong)絕(jue)緣(yuan)柵(zha)雙(shuang)極(ji)晶(jing)體(ti)管(guan)更(geng)嚴(yan)格(ge)地(di)調(tiao)節(jie)柵(zha)極(ji)驅(qu)動(dong)器(qi)電(dian)壓(ya)。它(ta)們(men)還(hai)需(xu)要(yao)在(zai)安(an)全(quan)隔(ge)離(li)柵(zha)上(shang)提(ti)供(gong)低(di)電(dian)容(rong)和(he)高(gao)CMTI的元件
，因為它們切換高電壓的速率比以前想象的更快。

電動汽車未來會向更高的可靠性和更遠的行駛距離邁進

駕駛員將繼續期望以更低價格購買排放量更低、續航裏程更長、anquanxinghekekaoxinggenggaoqiegongnenggengduodecheliang。zhiyoudianlidianzijishubuduanjinbu，duidiandongqichedezhexiexuqiucaiyoukenengdedaomanzu，baokuodianyuanjiagoudechuangxinjiqixiangguandegelishizhajiqudongqihepianzhidianyuan。

gaiyongfenbushidianyuanjiagoudadatigaolezaigelishigaoyahuanjingzhongdekekaoxing，danmianlindetiaozhanshiewaideyuanjianhuidaozhiduizhonglianghechicundeyaoqiugenggao。wanquanjichengdedianyuanjiejuefangan（例如在高頻下開關的UCC14240-Q1偏置電源模塊）可以節省係統級空間並實現輕量化。

關於德州儀器(TI)

德州儀器（TI）（納斯達克股票代碼：TXN）是一家全球化的半導體公司，致力於設計、製造、測試和銷售模擬和嵌入式處理芯片，用於工業
、汽車

、個人電子產品、tongxinshebeiheqiyexitongdengshichang。womenzhiliyutongguobandaotijishurangdianzichanpingengjingjishiyong，chuangzaoyigegengmeihaodeshijie。rujin，meiyidaichuangxindoujianlizaishangyidaichuangxindejichuzhishang，shiwomendejishubiandegengxiaoqiao、更快速、更可靠、更實惠
，從而實現半導體在電子產品領域的廣泛應用，這就是工程的進步。這正是我們數十年來乃至現在一直在做的事。 

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