Texas Instruments (TI) Inc. ha adquirido el suministro de polarización CC/CC aislado de 1.5 W más pequeño y preciso de la industria. módulo Con transformador integrado. Al entregar más de 1.5 W a temperaturas ambiente de 105 °C, el UCC14240-Q1 de altavoltaje El módulo CC/CC puede alimentar transistores bipolares de puerta aislada (IGBTs), así como interruptores de carburo de silicio (SiC) y nitruro de galio (GaN) a altas frecuencias.
Integrando el transformador en un IC, permite la reducción de tamaño, peso y altura del sistema de potencia. El UCC14240-Q1 utiliza un transformador integrado patentado la tecnología eso puede reducir las soluciones de energía en un 50 por ciento, según TI. Esto también se traduce en costos más bajos para aplicaciones en entornos de alto voltaje, como sistemas de tren de potencia de vehículos eléctricos (EV) y vehículos eléctricos híbridos, sistemas de propulsión de motores e inversores conectados a la red.
(Fuente: Texas Instruments)
Los productos de TI están abordando los desafíos de reducir el costo y mejorar la gama de vehículos eléctricos y lo está haciendo de dos maneras diferentes, dijo Ryan Manack, director de sistemas automotrices de TI, Marketing de Ingeniería de Sistemas, durante una presentación virtual. “Estamos tratando de integrar todo lo posible a nivel de producto y a nivel de sistema donde tenemos tecnologías que permiten que los sistemas de tren motriz se integren en sistemas de tipo dos en uno y tres en uno con cargadores integrados, inversores de tracción , Convertidores de CC a CC, etc. ”, dijo.
Esto ayuda a los clientes a reducir costos, simplificar el diseño, optimizar el cumplimiento de la seguridad funcional para llegar al mercado más rápido y, en general, mejorar la confiabilidad de estos sistemas, dijo Manack. "Esta integración también puede ampliar el rango de conducción y aumentar la eficiencia [de los vehículos eléctricos]".
Uno de los objetivos de TI es reducir la cantidad de piezas en las soluciones de energía, incluidos los componentes y en los niveles de arquitectura y sistema. Esto simplifica los diseños para facilitar la integración al reducir la cantidad de cajas electrónicas que deben ir dentro del automóvil, dijo Manack.
“Mientras hacemos eso, ¿cómo obtenemos el 98% de eficiencia del sistema y ayudamos a los clientes a esforzarse por lograr un 99% de eficiencia, reducir las pérdidas, reducir el calor, operar de manera más eficiente, operar a frecuencias más altas y reducir el tamaño de los magnéticos? en última instancia, a través de esta integración, aumenta la confiabilidad del sistema y optimiza el rendimiento térmico ”, agregó.
Arquitectura de poder de sesgo
Las arquitecturas de potencia de polarización tradicionales utilizadas en los vehículos eléctricos utilizan un transformador y un solo controlador de polarización para generar los voltajes de polarización para todos los controladores de puerta. En la actualidad, los clientes se están moviendo hacia sistemas de arquitectura distribuida para aprovechar las ventajas en torno a la redundancia y la confiabilidad debido a preocupaciones de seguridad y la necesidad de ahorrar espacio y peso.
“La pregunta es '¿cómo se pueden sesgar los controladores de puertas aislados en el sistema?'”, Dijo Manack.
"El sesgo realmente significa cómo proporcionamos la energía al lado secundario de estos controladores de puerta aislados para impulsar el interruptor IGBT o SiC, o incluso los interruptores GaN en el lado de alto voltaje para aumentar la frecuencia y reducir el tamaño", dijo Manack. “En los sistemas heredados, podría usar un transformador para sesgar todos estos controladores de puerta, pero en los sistemas automotrices donde la redundancia es clave y donde el tamaño y el peso pequeños son clave, vemos que más clientes se mueven hacia una arquitectura de energía distribuida donde cada puerta aislada el controlador tiene un suministro de polarización dedicado ".
Entonces, si falla un suministro de polarización, los otros suministros de polarización permanecen operativos junto con sus controladores de puerta emparejados, lo que mejora la seguridad del vehículo en la carretera, dijo TI.
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El UCC14240-Q1 está diseñado para ayudar a los ingenieros a aprovechar la arquitectura distribuida. El módulo de potencia de doble salida ofrece una eficiencia del 60%, el doble que las fuentes de polarización tradicionales, duplicando la densidad de potencia y ayudando a aumentar el rango de conducción del vehículo, dijo TI.
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Con un tamaño reducido de 12.8 × 10.3 mm y 3.55 mm de altura, el UCC14240-Q1 permite a los diseñadores reducir el área de la solución de energía hasta en un 50%, con más potencia en la mitad del tamaño. Esto permite a los fabricantes de automóviles lograr la mayor densidad de potencia y una eficiencia del sistema del 98%. Otra ventaja de la reducción de altura es la flexibilidad de colocar el módulo a ambos lados de la placa de circuito impreso (PCB).
TI se centra en gran medida en la densidad de potencia, lo que significa reducir el tamaño de la solución total, y un componente que "siempre sobresalió literalmente fue el transformador, que se utiliza como suministro de polarización para esos controladores de puerta aislados", dijo Steve Lambouses, vicepresidente presidente y gerente general, energía de alto voltaje en TI.
A través de una tecnología patentada, TI ha integrado el transformador en el UCC14240-Q1, lo cual es muy oportuno ya que la industria se está moviendo hacia una arquitectura distribuida, dijo Lambouses. El transformador integrado proporciona suministro de energía en un amplio rango de temperatura y mantiene un aislamiento de 3,000 VRMS, en comparación con las arquitecturas de retroceso o push-pull heredadas que utilizan un transformador de potencia tradicional con un aislamiento de 2,000 VRMS, dijo.
[La fuente de alimentación de polarización CC / CC aislada UCC12050 de TI, presentada en 2020, fue el primer CI de TI en utilizar la tecnología de transformador integrado].
El UCC14240-Q1 reduce la lista de materiales de 26 a 10 dispositivos utilizando la tecnología de transformador patentada y también es el más pequeño y preciso de la industria, lo cual también es importante debido a los interruptores de SiC y GaN más rápidos, agregó.
Además de integrar muchos de los componentes externos en la solución de energía, el UCC14240-Q1 permite una conmutación de mayor frecuencia en un paquete más pequeño.
Transferencia de energía aislada en un paquete del tamaño de un IC: Arquitectura heredada push-pull con voluminosos transformadores en una altura de 11 mm (izquierda) y el UCC14240-Q1 con un transformador integrado en un paquete de 3.55 mm de altura (derecha). (Fuente: Texas Instruments)
Alejarse de una arquitectura tradicional de retorno o push-pull con un transformador grande a una arquitectura distribuida con el UCC14240-Q1 permite la escalabilidad y otros beneficios, como la capacidad de usar tecnología de interruptor suave que reducirá la EMI, dijo Lambouses.
La capacitancia primaria a secundaria de 3.5 pf del UCC14240-Q1 es lo que realmente permite un algoritmo de control completamente diferente externo al chip y el cambio a un esquema de control de conmutación suave, dijo. El UCC14240-Q1 puede mitigar las interferencias electromagnéticas causadas por la conmutación de alta velocidad y lograr un rendimiento de inmunidad transitoria de modo común (CMTI) de más de 150 V / ns.
El módulo DC / DC también permite un cumplimiento más fácil de los estándares de compatibilidad electromagnética del Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 y CISPR 32, debido a características como conmutación suave, modulación de espectro extendido, blindaje y bajos niveles de parásitos.
El UCC14240-Q1 también tiene un control de circuito cerrado integrado con una precisión de ± 1.0% en el rango de temperatura de -40 ° C a 150 ° C. La estricta tolerancia del dispositivo permite el uso de interruptores de potencia más pequeños y al mismo tiempo mejora la protección contra sobrecorriente, dijo TI.
El dispositivo elimina la necesidad de un optoacoplador externo, usado tradicionalmente en sistemas flybacks y push-pull para lograr una precisión muy alta, dijo Lambouses. Esto también elimina las limitaciones de confiabilidad y temperatura del optoacoplador en el diseño, dijo.
La precisión regulada del 1% es excelente para los IGBT, dijo Manack. "Pero es fundamental para los dispositivos de banda ancha (SiC o GaN) que tienen más sensibilidad de puerta y más variación de RDS (activado) en función del voltaje de la puerta".
El UCC14240-Q1 incluye otras características como protección en el chip, incluida la supervisión de fallas, así como protección contra sobrecorriente, sobrepotencia y sobretemperatura. Ofrece aislamiento de 3 kVrms certificado por terceros y se dice que ofrece la mejor inmunidad a vibraciones de la industria debido a su peso ultrabajo y altura de 3.55 mm.
El UCC14240-Q1, en un paquete encogible de contorno pequeño de 36 pines, 12.8 × 10.3 × 3.55 mm, está disponible en cantidades de preproducción de TI. El precio comienza en $ 4.20 en cantidades de 1,000. Una placa de evaluación, la UCC14240Q1EVM-052, está disponible en TI.com por $ 59.
TI está demostrando el UCC14240-Q1 en TI Live! Evento virtual de Tech Exchange, 27-29 de septiembre de 2021.
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