Texas Instruments (TI) Inc. ha rivendicato l'alimentatore di polarizzazione CC/CC isolato da 1.5 W più piccolo e preciso del settore modulo con trasformatore integrato. Fornendo più di 1.5 W a una temperatura ambiente di 105°C, l'UCC14240-Q1 ad altavoltaggio Il modulo DC/DC può alimentare transistor bipolari a gate isolato (IGBTs) nonché interruttori al carburo di silicio (SiC) e al nitruro di gallio (GaN) ad alte frequenze.
Integrando il trasformatore in an IC, consente la riduzione delle dimensioni, del peso e dell'altezza del sistema di alimentazione. L'UCC14240-Q1 utilizza un trasformatore integrato proprietario la tecnologia ciò può ridurre le soluzioni energetiche del 50%, secondo TI. Ciò si traduce anche in costi inferiori per le applicazioni ambientali ad alta tensione come i sistemi di propulsione di veicoli elettrici (EV) e ibridi EV, i sistemi di azionamento del motore e gli inverter collegati alla rete.
(Fonte: Texas Instruments)
I prodotti di TI stanno affrontando le sfide della riduzione dei costi e del miglioramento della gamma di veicoli elettrici e lo stanno facendo in un paio di modi diversi, ha affermato Ryan Manack, direttore dei sistemi automobilistici di TI, Systems Engineering Marketing, durante una presentazione virtuale. “Stiamo cercando di integrare il più possibile a livello di prodotto e a livello di sistema in cui disponiamo di tecnologie che consentono di integrare i sistemi di propulsione in sistemi di tipo due in uno e tre in uno con caricabatterie a bordo, inverter di trazione , convertitori da CC a CC, ecc. ", ha affermato.
Ciò aiuta i clienti a ridurre i costi, semplificare la progettazione, ottimizzare la conformità alla sicurezza funzionale per arrivare più rapidamente al mercato e migliorare nel complesso l'affidabilità di questi sistemi, ha affermato Manack. "Questa integrazione può anche estendere la gamma di unità e aumentare l'efficienza [dei veicoli elettrici]."
Uno degli obiettivi di TI è ridurre il numero di parti nelle soluzioni di alimentazione, inclusi i componenti ea livello di architettura e sistema. Ciò semplifica i progetti per rendere più facile l'integrazione riducendo il numero di scatole elettroniche che devono essere inserite all'interno dell'automobile, ha affermato Manack.
"Mentre lo facciamo, come possiamo ottenere l'efficienza del sistema del 98% e aiutare i clienti a raggiungere un'efficienza del 99%, ridurre le perdite, ridurre il calore, operare in modo più efficiente, operare a frequenze più elevate e ridurre le dimensioni del magnete, quindi in definitiva, attraverso questa integrazione, aumenta l'affidabilità del sistema e ottimizza le prestazioni termiche", ha aggiunto.
Architettura del potere di polarizzazione
Le tradizionali architetture di alimentazione di polarizzazione utilizzate nei veicoli elettrici utilizzano un trasformatore e un singolo controller di polarizzazione per generare le tensioni di polarizzazione per tutti i gate driver. Oggi i clienti si stanno spostando verso sistemi ad architettura distribuita per sfruttare i vantaggi in termini di ridondanza e affidabilità dovuti a problemi di sicurezza e alla necessità di risparmio di spazio e peso
"La domanda è 'come si influenzano i gate driver isolati nel sistema'", ha detto Manack.
"Biasing significa davvero come fornire l'alimentazione al lato secondario di questi gate driver isolati per pilotare l'IGBT o l'interruttore SiC, o persino gli interruttori GaN sul lato dell'alta tensione per aumentare la frequenza e ridurre le dimensioni", ha affermato Manack. "Nei sistemi legacy, potresti potenzialmente utilizzare un trasformatore per polarizzare tutti questi gate driver, ma nei sistemi automobilistici in cui la ridondanza è fondamentale e dove le dimensioni e il peso ridotti sono fondamentali, vediamo più clienti passare a un'architettura di alimentazione distribuita in cui ogni gate isolato il driver ha un'alimentazione di polarizzazione dedicata."
Quindi, se un'alimentazione di polarizzazione fallisce, le altre forniture di polarizzazione rimangono operative insieme ai loro gate driver accoppiati, il che migliora la sicurezza del veicolo sulla strada, ha affermato TI.
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L'UCC14240-Q1 è progettato per aiutare gli ingegneri a trarre vantaggio dall'architettura distribuita. Il modulo di alimentazione a doppia uscita offre un'efficienza del 60%, il doppio di quella dei tradizionali alimentatori bias, raddoppiando la densità di potenza e contribuendo ad aumentare l'autonomia di guida del veicolo, ha affermato TI.
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Con un ingombro ridotto di 12.8 × 10.3 mm e un'altezza di 3.55 mm, l'UCC14240-Q1 consente ai progettisti di ridurre l'area della soluzione di alimentazione fino al 50%, con più potenza nella metà delle dimensioni. Ciò consente alle case automobilistiche di ottenere la massima densità di potenza e un'efficienza del sistema del 98%. Un altro vantaggio della riduzione dell'altezza è la flessibilità di posizionare il modulo su entrambi i lati del circuito stampato (PCB).
TI è fortemente focalizzata sulla densità di potenza, il che significa ridurre le dimensioni della soluzione totale, e un componente che "sempre letteralmente sporgeva era il trasformatore, che viene utilizzato come alimentazione di polarizzazione per quei gate driver isolati", ha affermato Steve Lambouses, vice presidente e direttore generale, alimentazione ad alta tensione presso TI.
Attraverso una tecnologia proprietaria, TI ha integrato il trasformatore nell'UCC14240-Q1, il che è molto tempestivo in quanto l'industria si sta muovendo verso un'architettura distribuita, ha affermato Lambouses. Il trasformatore integrato fornisce alimentazione in un ampio intervallo di temperature e mantiene un isolamento di 3,000 VRMS, rispetto alle architetture flyback o push-pull legacy che utilizzano un trasformatore di alimentazione tradizionale con isolamento di 2,000 VRMS, ha affermato.
[L'alimentatore di polarizzazione DC/DC isolato UCC12050 di TI, introdotto nel 2020, è stato il primo IC di TI a utilizzare la tecnologia del trasformatore integrato.]
L'UCC14240-Q1 riduce la distinta base da 26 a 10 dispositivi utilizzando la tecnologia proprietaria del trasformatore ed è anche il più piccolo e preciso del settore, il che è importante anche grazie agli switch SiC e GaN più veloci, ha aggiunto.
Oltre a integrare molti componenti esterni nella soluzione di alimentazione, l'UCC14240-Q1 consente la commutazione di frequenza più elevata in un contenitore più piccolo.
Trasferimento di potenza isolato in un contenitore di dimensioni IC: architettura push-pull legacy con trasformatori ingombranti in un'altezza di 11 mm (a sinistra) e UCC14240-Q1 con un trasformatore integrato in un pacchetto di altezza di 3.55 mm (a destra). (Fonte: Texas Instruments)
Passare da un'architettura flyback o push-pull tradizionale con un grande trasformatore a un'architettura distribuita con UCC14240-Q1 consente scalabilità e altri vantaggi come la capacità di utilizzare la tecnologia soft-switch che ridurrà l'EMI, ha affermato Lambouses.
La capacità da 3.5 pf da primario a secondario dell'UCC14240-Q1 è ciò che consente davvero un algoritmo di controllo completamente diverso esterno al chip e il passaggio a uno schema di controllo a commutazione graduale, ha affermato. L'UCC14240-Q1 può mitigare le interferenze elettromagnetiche causate dalla commutazione ad alta velocità e raggiungere prestazioni di immunità transitoria di modo comune (CMTI) di oltre 150 V/ns.
Il modulo DC/DC consente inoltre una più facile conformità agli standard di compatibilità elettromagnetica del Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 e CISPR 32, grazie a caratteristiche come soft switching, modulazione a spettro esteso, schermatura e bassa presenza di parassiti.
L'UCC14240-Q1 dispone anche di un controllo ad anello chiuso integrato con una precisione di ±1.0% nell'intervallo di temperatura da -40°C a 150°C. La stretta tolleranza del dispositivo consente l'uso di interruttori di alimentazione più piccoli e allo stesso tempo migliora la protezione da sovracorrente, ha affermato TI.
Il dispositivo elimina la necessità di un fotoaccoppiatore esterno, tradizionalmente utilizzato nei sistemi flyback e push-pull per ottenere una precisione molto elevata, ha affermato Lambouses. Ciò rimuove anche l'affidabilità e i limiti di temperatura del fotoaccoppiatore nel design, ha affermato.
La precisione regolata all'1% è ottima per gli IGBT, ha affermato Manack. "Ma è fondamentale per i dispositivi a banda larga - SiC o GaN - che hanno una maggiore sensibilità al gate e una maggiore variazione di RDS (on) in funzione della tensione di gate".
L'UCC14240-Q1 include altre funzionalità come la protezione su chip, incluso il monitoraggio dei guasti e la protezione da sovracorrente, sovratensione e sovratemperatura. Offre un isolamento a 3 kVrms certificato da terze parti e si dice che offra la migliore immunità alle vibrazioni del settore grazie al suo peso ultra ridotto e all'altezza di 3.55 mm.
L'UCC14240-Q1, in un contenitore termoretraibile a 36 pin, 12.8 × 10.3 × 3.55 mm, è disponibile in quantità pre-produzione da TI. Il prezzo parte da $ 4.20 in quantità di 1,000. Una scheda di valutazione, l'UCC14240Q1EVM-052, è disponibile su TI.com per $ 59.
TI sta dimostrando l'UCC14240-Q1 al TI Live! Evento virtuale Tech Exchange, 27-29 settembre 2021.
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