فازت شركة Texas Instruments (TI) Inc. بأصغر وأدق جهاز في الصناعة لإمداد التيار المستمر المعزول بقدرة 1.5 وات. وحدة مع محول متكامل. من خلال تقديم أكثر من 1.5 واط في درجات حرارة محيطة تبلغ 105 درجة مئوية، فإن UCC14240-Q1 عاليالجهد االكهربى يمكن لوحدة DC / DC تشغيل الترانزستورات ثنائية القطب ذات البوابة المعزولة (IGBTs) بالإضافة إلى مفاتيح كربيد السيليكون (SiC) ونيتريد الغاليوم (GaN) بترددات عالية.
من خلال دمج المحولات في IC، فهو يتيح تقليل حجم ووزن وارتفاع نظام الطاقة. يستخدم UCC14240-Q1 محولًا متكاملًا خاصًا التكنلوجيا والتي يمكن أن تقلص حلول الطاقة بنسبة 50 بالمائة، وفقًا لـ TI. ويترجم هذا أيضًا إلى تكاليف أقل لتطبيقات البيئة ذات الجهد العالي مثل أنظمة نقل الحركة في السيارات الكهربائية (EV) والمركبات الكهربائية الهجينة، وأنظمة قيادة السيارات، والمحولات المرتبطة بالشبكة.
(المصدر: Texas Instruments)
قال Ryan Manack ، مدير أنظمة السيارات في TI ، تسويق هندسة النظم ، خلال عرض افتراضي ، إن منتجات TI تتصدى لتحديات خفض التكلفة وتحسين نطاق المركبات الكهربائية وتقوم بذلك بطريقتين مختلفتين. "نحاول دمج أكبر قدر ممكن على مستوى المنتج ومستوى النظام حيث لدينا تقنيات تسمح لأنظمة توليد القوة بدمجها في أنظمة من نوع اثنين في واحد وثلاثة في واحد مع شواحن مدمجة ومحولات سحب ، DC إلى محولات DC ، إلخ. "
وقال ماناك إن هذا يساعد العملاء على تقليل التكاليف وتبسيط التصميم وتبسيط الامتثال للسلامة الوظيفية للوصول إلى السوق بشكل أسرع وتحسين موثوقية هذه الأنظمة بشكل عام. "يمكن أن يؤدي هذا التكامل أيضًا إلى توسيع نطاق القيادة وإضافة كفاءة [EVs]."
يتمثل أحد أهداف TI في تقليل عدد الأجزاء في حلول الطاقة ، بما في ذلك المكونات وعلى مستويات العمارة والنظام. قال ماناك إن هذا يبسط التصميمات لجعل التكامل أسهل عن طريق تقليل عدد الصناديق الإلكترونية التي يجب أن تدخل داخل السيارة.
"أثناء قيامنا بذلك ، كيف نحصل على 98٪ من كفاءة النظام ونساعد العملاء على السعي لتحقيق كفاءة بنسبة 99٪ ، وتقليل الخسارة ، وتقليل الحرارة ، والعمل بكفاءة أكبر ، والعمل على ترددات أعلى ، وتقليل حجم العناصر المغناطيسية ، إذن في نهاية المطاف من خلال هذا التكامل يزيد من موثوقية النظام ويحسن الأداء الحراري ".
هندسة قوة التحيز
تستخدم معماريات طاقة التحيز التقليدية المستخدمة في المركبات الكهربائية محولًا واحدًا ووحدة تحكم تحيز واحدة لتوليد جهد التحيز لجميع برامج تشغيل البوابة. اليوم ، ينتقل العملاء إلى أنظمة معمارية موزعة للاستفادة من المزايا حول التكرار والموثوقية بسبب مخاوف تتعلق بالسلامة والحاجة إلى توفير المساحة والوزن
قال ماناك: "السؤال هو كيف تنحاز إلى سائقي البوابة المعزولين في النظام".
قال ماناك: "يعني التحيز حقًا كيف نوفر الطاقة للجانب الثانوي من محركات البوابة المعزولة لتشغيل IGBT أو مفتاح SiC ، أو حتى مفاتيح GaN على جانب الجهد العالي لزيادة التردد وتقليل الحجم". "في الأنظمة القديمة ، من المحتمل أن تستخدم محولًا واحدًا لتحيز جميع محركات البوابة هذه ، ولكن في أنظمة السيارات حيث يكون التكرار أمرًا أساسيًا وحيث يكون الحجم الصغير والوزن أمرًا أساسيًا ، نرى المزيد من العملاء ينتقلون إلى بنية طاقة موزعة حيث تكون كل بوابة معزولة السائق لديه إمداد مخصص للانحياز ".
لذلك ، في حالة فشل أحد إمدادات التحيز ، تظل إمدادات التحيز الأخرى عاملة جنبًا إلى جنب مع سائقي البوابات المقترنين ، مما يحسن من سلامة المركبات على الطريق ، وفقًا لما ذكرته منظمة الشفافية الدولية.
انقر للحصول على صورة أكبر. (المصدر: Texas Instruments)
تم تصميم UCC14240-Q1 لمساعدة المهندسين على الاستفادة من البنية الموزعة. توفر وحدة الطاقة ذات الخرج المزدوج كفاءة بنسبة 60 ٪ - ضعف إمدادات التحيز التقليدية - تضاعف كثافة الطاقة وتساعد على زيادة نطاق قيادة السيارة.
انقر للحصول على صورة أكبر. (المصدر: Texas Instruments)
مع مساحة صغيرة تبلغ 12.8 × 10.3 ملم وارتفاع 3.55 ملم ، يتيح UCC14240-Q1 للمصممين تقليل مساحة حل الطاقة بنسبة تصل إلى 50٪ ، مع زيادة الطاقة في نصف الحجم. يتيح ذلك لشركات صناعة السيارات تحقيق أعلى كثافة للطاقة و 98٪ من كفاءة النظام. ميزة أخرى لتقليل الارتفاع هي المرونة في وضع الوحدة على جانبي لوحة الدوائر المطبوعة (PCB).
يركز TI بشكل كبير على كثافة الطاقة ، مما يعني تقليص حجم الحل الكلي ، ومكون واحد "دائمًا ما يكون عالقًا حرفيًا هو المحول ، والذي يستخدم كمصدر تحيز لسائقي البوابة المعزولين" ، قال ستيف لامبوس ، نائب الرئيس والمدير العام ، قوة الجهد العالي في TI.
من خلال تقنية خاصة ، قامت TI بدمج المحول في UCC14240-Q1 ، والذي يأتي في الوقت المناسب للغاية حيث تتجه الصناعة نحو الهندسة المعمارية الموزعة ، كما قال Lambouses. وقال إن المحول المتكامل يوفر توصيل الطاقة على نطاق واسع من درجات الحرارة ويحافظ على عزل 3,000 VRMS ، مقارنةً بالبنيات القديمة التي تستخدم في الارتداد أو الدفع والسحب باستخدام محول طاقة تقليدي مع عزل 2,000 VRMS.
[كان مصدر طاقة TI المعزول UCC12050 المعزول DC / DC ، والذي تم تقديمه في عام 2020 ، أول IC من TI يستخدم تقنية المحولات المتكاملة.]
وأضاف أن UCC14240-Q1 يقلل فاتورة المواد من 26 إلى 10 أجهزة باستخدام تقنية المحولات المسجلة الملكية ، كما أنه أصغر وأدق في الصناعة ، وهو أمر مهم أيضًا بسبب مفاتيح SiC و GaN الأسرع.
بالإضافة إلى دمج الكثير من المكونات الخارجية في حل الطاقة ، يتيح UCC14240-Q1 تبديل تردد أعلى في حزمة أصغر.
نقل الطاقة المعزول في حزمة بحجم IC: بنية دفع وسحب قديمة مع محولات ضخمة بارتفاع 11 مم (يسار) و UCC14240-Q1 مع محول مدمج في حزمة ارتفاع 3.55 مم (يمين). (المصدر: Texas Instruments)
قال Lambouses إن الابتعاد عن الهندسة المعمارية التقليدية أو الدفع والسحب باستخدام محول كبير واحد إلى بنية موزعة مع UCC14240-Q1 يسمح بقابلية التوسع والفوائد الأخرى مثل القدرة على استخدام تقنية التبديل الناعم التي ستقلل من EMI.
قال إن السعة 3.5-pf الأولية إلى الثانوية لـ UCC14240-Q1 هي ما يسمح حقًا بخوارزمية تحكم مختلفة تمامًا خارج الشريحة والانتقال إلى نظام التحكم في التبديل الناعم. يمكن لـ UCC14240-Q1 التخفيف من EMI الناجم عن التبديل عالي السرعة وتحقيق أداء مناعة عابرة للوضع المشترك (CMTI) بأكثر من 150 فولت / ثانية.
تتيح وحدة DC / DC أيضًا امتثالًا أسهل لمعايير التوافق الكهرومغناطيسي الخاصة باللجنة الدولية Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 و CISPR 32 ، بسبب ميزات مثل التبديل الناعم ، تعديل الطيف المنتشر ، التدريع ، وانخفاض الطفيليات.
يحتوي UCC14240-Q1 أيضًا على تحكم متكامل في الحلقة المغلقة بدقة ± 1.0٪ على مدى درجة الحرارة من -40 درجة مئوية إلى 150 درجة مئوية. قال TI إن التسامح الصارم للجهاز يتيح استخدام مفاتيح طاقة أصغر مع تحسين حماية التيار الزائد.
قال Lambouses إن الجهاز يلغي الحاجة إلى optocoupler خارجي ، يستخدم تقليديًا في أنظمة flybacks وأنظمة الدفع والسحب من أجل تحقيق دقة عالية للغاية. وقال إن هذا يزيل أيضًا الموثوقية وقيود درجة الحرارة في optocoupler في التصميم.
قال Manack إن الدقة المنظمة بنسبة 1 ٪ رائعة بالنسبة لـ IGBTs. "ولكن من الأهمية بمكان بالنسبة للأجهزة ذات فجوة الحزمة العريضة - SiC أو GaN - التي تتمتع بحساسية أكبر للبوابة والمزيد من تباين RDS (on) كدالة لجهد البوابة."
تشتمل UCC14240-Q1 على ميزات أخرى مثل الحماية على الرقاقة ، بما في ذلك مراقبة الأعطال بالإضافة إلى الحماية من التيار الزائد والقوة الزائدة والحرارة الزائدة. إنه يوفر عزل 3 kVrms معتمد من طرف ثالث ويقال إنه يوفر أفضل مناعة ضد الاهتزاز في الصناعة نظرًا لوزنه الخفيف للغاية وارتفاعه 3.55 مم.
يتوفر UCC14240-Q1 ، في حزمة ذات مخطط صغير يتقلص 36 سنًا ، 12.8 × 10.3 × 3.55 مم ، بكميات ما قبل الإنتاج من TI. يبدأ السعر من 4.20 دولار بكميات 1,000،14240. لوحة التقييم ، UCC1Q052EVM-59 ، متاحة على TI.com مقابل XNUMX دولارًا.
تعرض TI UCC14240-Q1 في TI Live! حدث افتراضي لـ Tech Exchange ، 27-29 سبتمبر 2021.
حول شركة Texas Instruments