Texas Instruments (TI) Inc. telah mengklaim pasokan bias DC/DC terisolasi 1.5 W yang terkecil dan paling akurat di industri modul dengan trafo terintegrasi. Dengan menghasilkan lebih dari 1.5 W pada suhu sekitar 105°C, UCC14240-Q1 high-tegangan Modul DC/DC dapat memberi daya pada transistor bipolar gerbang terisolasi (IGBTs) serta sakelar silikon karbida (SiC) dan galium nitrida (GaN) pada frekuensi tinggi.
Dengan mengintegrasikan transformator dalam IC, ini memungkinkan pengurangan ukuran, berat, dan tinggi sistem tenaga. UCC14240-Q1 menggunakan transformator terintegrasi yang dipatenkan teknologi yang dapat menyusutkan solusi ketenagalistrikan hingga 50 persen, menurut TI. Hal ini juga berarti biaya yang lebih rendah untuk aplikasi lingkungan bertegangan tinggi seperti kendaraan listrik (EV) dan sistem power-train EV hybrid, sistem penggerak motor, dan inverter yang terikat pada jaringan.
(Sumber: Texas Instruments)
Produk TI menjawab tantangan untuk mengurangi biaya dan meningkatkan jangkauan EV dan melakukannya dalam beberapa cara yang berbeda, kata Ryan Manack, direktur sistem otomotif TI, Pemasaran Teknik Sistem, selama presentasi virtual. “Kami mencoba untuk mengintegrasikan sebanyak mungkin di tingkat produk dan tingkat sistem di mana kami memiliki teknologi yang memungkinkan sistem powertrain diintegrasikan ke dalam sistem tipe dua-dalam-satu dan tiga-dalam-satu dengan pengisi daya onboard, inverter traksi. , Konverter DC ke DC, dll,” ujarnya.
Ini membantu pelanggan mengurangi biaya, menyederhanakan desain, merampingkan kepatuhan keselamatan fungsional untuk mencapai pasar lebih cepat, dan secara keseluruhan meningkatkan keandalan sistem ini, kata Manack. “Integrasi ini juga dapat memperluas jangkauan drive dan menambah efisiensi [dari EV].”
Salah satu tujuan TI adalah untuk mengurangi jumlah bagian dalam solusi daya, termasuk komponen dan pada tingkat arsitektur dan sistem. Ini menyederhanakan desain untuk membuat integrasi lebih mudah dengan mengurangi jumlah kotak elektronik yang harus masuk ke dalam mobil, kata Manack.
“Sementara kami melakukan itu, bagaimana kami mendapatkan efisiensi sistem 98% dan membantu pelanggan berusaha menuju efisiensi 99%, mengurangi kerugian, mengurangi panas, beroperasi lebih efisien, beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi, dan mengurangi ukuran magnet, kemudian pada akhirnya melalui integrasi ini meningkatkan keandalan sistem dan mengoptimalkan kinerja termal,” tambahnya.
Arsitektur kekuatan bias
Arsitektur daya bias tradisional yang digunakan dalam EV menggunakan satu transformator dan pengontrol bias tunggal untuk menghasilkan tegangan bias untuk semua driver gerbang. Saat ini, pelanggan beralih ke sistem arsitektur terdistribusi untuk memanfaatkan keunggulan di sekitar redundansi dan keandalan karena masalah keamanan dan kebutuhan akan penghematan ruang dan berat.
“Pertanyaannya adalah 'bagaimana Anda membuat bias pengemudi gerbang yang terisolasi dalam sistem,'” kata Manack.
“Biasing benar-benar berarti bagaimana kami menyediakan daya ke sisi sekunder driver gerbang yang terisolasi ini untuk menggerakkan IGBT atau sakelar SiC, atau bahkan sakelar GaN di sisi tegangan tinggi untuk meningkatkan frekuensi dan mengurangi ukuran,” kata Manack. “Dalam sistem lama, Anda berpotensi menggunakan satu trafo untuk membiaskan semua driver gerbang ini, tetapi dalam sistem otomotif di mana redundansi adalah kuncinya dan di mana ukuran kecil dan berat adalah kuncinya, kami melihat lebih banyak pelanggan pindah ke arsitektur daya terdistribusi di mana setiap gerbang terisolasi pengemudi memiliki pasokan bias khusus. ”
Jadi, jika satu pasokan bias gagal, pasokan bias lainnya tetap beroperasi bersama dengan driver gerbang berpasangan mereka, yang meningkatkan keselamatan kendaraan di jalan, kata TI.
Klik untuk gambar yang lebih besar. (Sumber: Texas Instruments)
UCC14240-Q1 dirancang untuk membantu para insinyur memanfaatkan arsitektur terdistribusi. Modul daya keluaran ganda menawarkan efisiensi 60% – dua kali lipat dari pasokan bias tradisional – menggandakan kepadatan daya dan membantu meningkatkan jangkauan mengemudi kendaraan, kata TI.
Klik untuk gambar yang lebih besar. (Sumber: Texas Instruments)
Dengan tapak kecil 12.8 × 10.3 mm dan tinggi 3.55 mm, UCC14240-Q1 memungkinkan desainer untuk mengurangi area solusi daya hingga 50%, dengan lebih banyak daya dalam setengah ukuran. Hal ini memungkinkan pembuat mobil untuk mencapai kepadatan daya tertinggi dan efisiensi sistem 98%. Keuntungan lain dari pengurangan ketinggian adalah fleksibilitas untuk menempatkan modul di kedua sisi papan sirkuit tercetak (PCB).
TI sangat terfokus pada kepadatan daya, yang berarti mengecilkan ukuran solusi total, dan satu komponen yang "selalu menonjol secara harfiah adalah transformator, yang digunakan sebagai suplai bias untuk driver gerbang yang terisolasi itu," kata Steve Lambouses, wakil presiden dan manajer umum, daya tegangan tinggi di TI.
Melalui teknologi eksklusif TI telah mengintegrasikan transformator ke dalam UCC14240-Q1, yang sangat tepat waktu karena industri bergerak menuju arsitektur terdistribusi, kata Lambouses. Transformator terintegrasi menyediakan pengiriman daya pada rentang suhu yang luas dan mempertahankan isolasi 3,000-VRMS, dibandingkan dengan arsitektur flyback atau push-pull yang lama menggunakan transformator daya tradisional dengan isolasi 2,000 VRMS, katanya.
[Sumber daya bias DC/DC terisolasi UCC12050 TI, yang diperkenalkan pada tahun 2020, adalah IC pertama TI yang menggunakan teknologi transformator terintegrasi.]
UCC14240-Q1 mengurangi tagihan material dari 26 menjadi 10 perangkat yang menggunakan teknologi transformator berpemilik dan juga merupakan yang terkecil dan paling akurat di industri, yang juga penting karena sakelar SiC dan GaN yang lebih cepat, tambahnya.
Selain mengintegrasikan banyak komponen eksternal dalam solusi daya, UCC14240-Q1 memungkinkan peralihan frekuensi yang lebih tinggi dalam paket yang lebih kecil.
Transfer daya terisolasi dalam paket berukuran IC: Arsitektur push-pull lama dengan transformator besar dengan tinggi 11 mm (kiri) dan UCC14240-Q1 dengan transformator terintegrasi dalam paket tinggi 3.55 mm (kanan). (Sumber: Texas Instruments)
Berpindah dari flyback tradisional atau arsitektur push-pull dengan satu transformator besar ke arsitektur terdistribusi dengan UCC14240-Q1 memungkinkan skalabilitas dan manfaat lain seperti kemampuan untuk menggunakan teknologi soft-switch yang akan mengurangi EMI, kata Lambouses.
Kapasitansi primer-ke-sekunder 3.5-pf dari UCC14240-Q1 adalah apa yang benar-benar memungkinkan untuk algoritma kontrol yang sama sekali berbeda di luar chip dan perpindahan ke skema kontrol soft-switching, katanya. UCC14240-Q1 dapat mengurangi EMI yang disebabkan oleh perpindahan kecepatan tinggi dan mencapai kinerja imunitas transien mode umum (CMTI) lebih dari 150 V/ns.
Modul DC/DC juga memungkinkan kepatuhan yang lebih mudah terhadap standar kompatibilitas elektromagnetik dari Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 dan CISPR 32, karena fitur-fitur seperti soft switching, modulasi spektrum tersebar, pelindung, dan parasit rendah.
UCC14240-Q1 juga memiliki kontrol loop tertutup terintegrasi dengan akurasi ± 1.0% pada rentang suhu -40 ° C hingga 150 ° C. Toleransi ketat perangkat memungkinkan penggunaan sakelar daya yang lebih kecil sekaligus meningkatkan perlindungan arus berlebih, kata TI.
Perangkat menghilangkan kebutuhan untuk optocoupler eksternal, yang secara tradisional digunakan dalam flyback dan sistem dorong-tarik untuk mencapai akurasi yang sangat tinggi, kata Lambouses. Ini juga menghilangkan keandalan dan batasan suhu optocoupler dalam desain, katanya.
Akurasi yang diatur 1% sangat bagus untuk IGBT, kata Manack. “Tapi ini penting untuk perangkat celah pita lebar – SiC atau GaN – yang memiliki lebih banyak sensitivitas gerbang dan lebih banyak variasi RDS(on) sebagai fungsi dari tegangan gerbang.”
UCC14240-Q1 mencakup fitur lain seperti perlindungan on-chip, termasuk pemantauan kesalahan serta perlindungan arus berlebih, daya berlebih, dan suhu berlebih. Ia menawarkan isolasi 3-kVrms bersertifikat pihak ketiga dan dikatakan memberikan kekebalan getaran terbaik di industri karena bobotnya yang sangat ringan dan tinggi 3.55 mm.
UCC14240-Q1, dalam paket garis kecil menyusut 36-pin, 12.8 × 10.3 × 3.55-mm, tersedia dalam jumlah pra-produksi dari TI. Harga mulai dari $4.20 dalam jumlah 1,000. Papan evaluasi, UCC14240Q1EVM-052, tersedia di TI.com seharga $59.
TI mendemonstrasikan UCC14240-Q1 di TI Live! Acara virtual Tech Exchange, 27-29 September 2021.
tentang Texas Instruments