Texas Instruments (TI) Inc. a revendiqué l'alimentation de polarisation CC/CC isolée de 1.5 W la plus petite et la plus précise du secteur. module avec transformateur intégré. En délivrant plus de 1.5 W à des températures ambiantes de 105 °C, l'UCC14240-Q1 hauteTension Le module DC/DC peut alimenter des transistors bipolaires à grille isolée (IGBTs) ainsi que les commutateurs en carbure de silicium (SiC) et en nitrure de gallium (GaN) à hautes fréquences.
En intégrant le transformateur dans un IC, il permet de réduire la taille, le poids et la hauteur du système électrique. L'UCC14240-Q1 utilise un transformateur intégré propriétaire sans souci cela peut réduire les solutions énergétiques de 50 pour cent, selon TI. Cela se traduit également par une baisse des coûts pour les applications dans des environnements à haute tension telles que les systèmes de groupe motopropulseur de véhicules électriques (VE) et de véhicules hybrides, les systèmes d'entraînement à moteur et les onduleurs connectés au réseau.
(Source : Texas Instruments)
Les produits de TI relèvent les défis de la réduction des coûts et de l'amélioration de la gamme des véhicules électriques et le font de plusieurs manières différentes, a déclaré Ryan Manack, directeur des systèmes automobiles de TI, Systems Engineering Marketing, lors d'une présentation virtuelle. « Nous essayons d'intégrer autant que possible au niveau du produit et au niveau du système où nous avons des technologies qui permettent aux systèmes de transmission d'être intégrés dans des systèmes de type deux-en-un et trois-en-un avec des chargeurs embarqués, des onduleurs de traction , des convertisseurs CC à CC, etc. », a-t-il déclaré.
Cela aide les clients à réduire les coûts, à simplifier la conception, à rationaliser la conformité de la sécurité fonctionnelle pour arriver plus rapidement sur le marché et à améliorer globalement la fiabilité de ces systèmes, a déclaré Manack. "Cette intégration peut également étendre la plage de conduite et augmenter l'efficacité [des véhicules électriques]."
L'un des objectifs de TI est de réduire le nombre de pièces dans les solutions d'alimentation, y compris les composants et au niveau de l'architecture et du système. Cela simplifie les conceptions pour faciliter l'intégration en réduisant le nombre de boîtiers électroniques qui doivent aller à l'intérieur de l'automobile, a déclaré Manack.
« Pendant que nous faisons cela, comment pouvons-nous obtenir l'efficacité du système de 98 % et aider les clients à atteindre une efficacité de 99 %, réduire les pertes, réduire la chaleur, fonctionner plus efficacement, fonctionner à des fréquences plus élevées et réduire la taille du magnétisme, puis en fin de compte, grâce à cette intégration, augmentez la fiabilité du système et optimisez les performances thermiques », a-t-il ajouté.
Architecture de puissance de polarisation
Les architectures de puissance de polarisation traditionnelles utilisées dans les véhicules électriques utilisent un transformateur et un contrôleur de polarisation unique pour générer les tensions de polarisation pour tous les pilotes de grille. Aujourd'hui, les clients se tournent vers des systèmes d'architecture distribuée pour tirer parti des avantages de la redondance et de la fiabilité en raison de problèmes de sécurité et de la nécessité d'économiser de l'espace et du poids.
"La question est" comment biaisez-vous les pilotes de porte isolés dans le système "", a déclaré Manack.
"La polarisation signifie vraiment comment fournir l'alimentation au côté secondaire de ces pilotes de grille isolés pour piloter l'IGBT ou le commutateur SiC, ou même les commutateurs GaN du côté haute tension pour augmenter la fréquence et réduire la taille", a déclaré Manack. « Dans les systèmes existants, vous pourriez potentiellement utiliser un transformateur pour polariser tous ces pilotes de grille, mais dans les systèmes automobiles où la redondance est essentielle et où la petite taille et le poids sont essentiels, nous voyons de plus en plus de clients passer à une architecture d'alimentation distribuée où chaque porte isolée pilote a une alimentation de polarisation dédiée.
Ainsi, si une alimentation de polarisation tombe en panne, les autres alimentations de polarisation restent opérationnelles avec leurs pilotes de grille appairés, ce qui améliore la sécurité du véhicule sur la route, a déclaré TI.
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L'UCC14240-Q1 est conçu pour aider les ingénieurs à tirer parti de l'architecture distribuée. Le module d'alimentation à double sortie offre une efficacité de 60 %, soit le double de celle des alimentations polarisées traditionnelles, ce qui double la densité de puissance et contribue à augmenter l'autonomie du véhicule, a déclaré TI.
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Avec un faible encombrement de 12.8 × 10.3 mm et une hauteur de 3.55 mm, l'UCC14240-Q1 permet aux concepteurs de réduire la zone de solution d'alimentation jusqu'à 50 %, avec plus de puissance dans la moitié de la taille. Cela permet aux constructeurs automobiles d'atteindre la densité de puissance la plus élevée et une efficacité du système de 98 %. Un autre avantage de la réduction de hauteur est la flexibilité de placer le module de chaque côté de la carte de circuit imprimé (PCB).
TI se concentre fortement sur la densité de puissance, ce qui signifie réduire la taille de la solution totale, et un composant qui "a toujours été littéralement le transformateur, qui est utilisé comme alimentation de polarisation pour ces pilotes de grille isolés", a déclaré Steve Lambouses, vice-président. président et directeur général, électricité haute tension chez TI.
Grâce à une technologie propriétaire, TI a intégré le transformateur dans l'UCC14240-Q1, ce qui est très opportun alors que l'industrie évolue vers une architecture distribuée, a déclaré M. Lambouses. Le transformateur intégré fournit une alimentation électrique sur une large plage de températures et maintient une isolation de 3,000 2,000 VRMS, par rapport aux anciennes architectures flyback ou push-pull utilisant un transformateur de puissance traditionnel avec une isolation de XNUMX XNUMX VRMS, a-t-il déclaré.
[L'alimentation de polarisation CC/CC isolée UCC12050 de TI, introduite en 2020, a été le premier circuit intégré de TI à utiliser la technologie de transformateur intégré.]
L'UCC14240-Q1 réduit la nomenclature de 26 à 10 appareils en utilisant la technologie de transformateur propriétaire et c'est également le plus petit et le plus précis de l'industrie, ce qui est également important en raison des commutateurs SiC et GaN plus rapides, a-t-il ajouté.
En plus d'intégrer de nombreux composants externes dans la solution d'alimentation, l'UCC14240-Q1 permet une commutation de fréquence plus élevée dans un boîtier plus petit.
Transfert de puissance isolé dans un boîtier de la taille d'un circuit intégré : architecture push-pull héritée avec des transformateurs volumineux d'une hauteur de 11 mm (à gauche) et l'UCC14240-Q1 avec un transformateur intégré dans un boîtier de 3.55 mm de hauteur (à droite). (Source : Texas Instruments)
Passer d'une architecture flyback ou push-pull traditionnelle avec un grand transformateur à une architecture distribuée avec l'UCC14240-Q1 permet une évolutivité et d'autres avantages tels que la possibilité d'utiliser une technologie de commutation logicielle qui réduira les EMI, a déclaré Laambouses.
La capacité primaire-secondaire de 3.5 pf de l'UCC14240-Q1 est ce qui permet vraiment un algorithme de contrôle complètement différent externe à la puce et le passage à un schéma de contrôle à commutation douce, a-t-il déclaré. L'UCC14240-Q1 peut atténuer les interférences électromagnétiques causées par la commutation à grande vitesse et atteindre des performances d'immunité aux transitoires en mode commun (CMTI) de plus de 150 V/ns.
Le module DC/DC permet également de se conformer plus facilement aux normes de compatibilité électromagnétique du Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 et CISPR 32, grâce à des fonctionnalités telles que la commutation douce, la modulation à spectre étalé, le blindage et les faibles parasites.
L'UCC14240-Q1 dispose également d'un contrôle intégré en boucle fermée avec une précision de ± 1.0 % sur la plage de température de -40°C à 150°C. La tolérance étroite de l'appareil permet l'utilisation d'interrupteurs d'alimentation plus petits tout en améliorant la protection contre les surintensités, a déclaré TI.
Le dispositif élimine le besoin d'un optocoupleur externe, traditionnellement utilisé dans les systèmes flyback et push-pull afin d'obtenir une très grande précision, a déclaré Lambouses. Cela supprime également les limites de fiabilité et de température de l'optocoupleur dans la conception, a-t-il déclaré.
La précision régulée de 1% est excellente pour les IGBT, a déclaré Manack. "Mais c'est essentiel pour les dispositifs à large bande interdite - SiC ou GaN - qui ont plus de sensibilité de grille et plus de variation RDS(on) en fonction de la tension de grille."
L'UCC14240-Q1 comprend d'autres fonctionnalités telles que la protection sur puce, y compris la surveillance des défauts ainsi que la protection contre les surintensités, les surpuissances et les surchauffes. Il offre une isolation de 3 kVrms certifiée par un tiers et est censé offrir la meilleure immunité aux vibrations du secteur en raison de son poids ultra-léger et de sa hauteur de 3.55 mm.
L'UCC14240-Q1, dans un boîtier à petit contour rétractable à 36 broches, 12.8 × 10.3 × 3.55 mm, est disponible en quantités de pré-production auprès de TI. Le prix commence à 4.20 $ par quantités de 1,000 14240. Une carte d'évaluation, l'UCC1Q052EVM-59, est disponible sur TI.com au prix de XNUMX $.
TI fait la démonstration de l'UCC14240-Q1 au TI Live! Événement virtuel Tech Exchange, 27-29 septembre 2021.
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