Texas Instruments(TI) Inc.는 업계에서 가장 작고 가장 정확한 1.5W 절연형 DC/DC 바이어스 공급 장치를 출시했다고 발표했습니다. 모듈 통합 변압기 포함. UCC1.5-Q105은 주변 온도 14240°C에서 1W 이상을 제공함으로써전압 DC/DC 모듈은 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터에 전력을 공급할 수 있습니다(IGBTs) 고주파수에서는 탄화규소(SiC) 및 질화갈륨(GaN) 스위치를 사용할 수 있습니다.
변압기를 통합하여 IC, 이를 통해 전력계통의 크기, 무게, 높이를 줄일 수 있습니다. UCC14240-Q1은 독점 통합 변압기를 사용합니다. technology TI에 따르면 이는 전력 솔루션을 50%까지 줄일 수 있다고 합니다. 이는 또한 전기 자동차(EV) 및 하이브리드 EV 파워트레인 시스템, 모터 구동 시스템, 그리드 연결 인버터와 같은 고전압 환경 애플리케이션의 비용 절감으로 이어집니다.
(출처: 텍사스 인스트루먼트)
가상 프레젠테이션에서 TI의 자동차 시스템 시스템 엔지니어링 마케팅 이사인 Ryan Manack은 TI의 제품이 비용 절감 및 EV 범위 개선이라는 과제를 해결하고 있으며 몇 가지 다른 방식으로 이를 수행하고 있다고 말했습니다. “파워트레인 시스템을 온보드 충전기, 트랙션 인버터가 있는 투인원 및 쓰리인원 유형 시스템에 통합할 수 있는 기술을 보유한 제품 수준과 시스템 수준에서 최대한 통합하려고 노력하고 있습니다. , DC-DC 컨버터 등"이라고 말했다.
이를 통해 고객은 비용을 절감하고, 설계를 단순화하고, 기능 안전 규정 준수를 간소화하여 시장에 더 빨리 출시하고, 이러한 시스템의 신뢰성을 전반적으로 개선할 수 있다고 Manack은 말했습니다. "이러한 통합은 주행 범위를 확장하고 [EV의] 효율성을 높일 수도 있습니다."
TI의 목표 중 하나는 구성 요소를 포함하여 아키텍처 및 시스템 수준에서 전력 솔루션의 부품 수를 줄이는 것입니다. 이것은 자동차 내부에 들어가야 하는 전자 상자의 수를 줄임으로써 통합을 쉽게 하기 위해 설계를 단순화한다고 Manack은 말했습니다.
“우리가 그렇게 하는 동안 98%의 시스템 효율성을 얻고 고객이 99% 효율성을 향해 노력하고 손실을 줄이며 열을 줄이고 더 효율적으로 작동하고 더 높은 주파수에서 작동하고 자기의 크기를 줄이는 데 도움이 되는 방법은 무엇입니까? 궁극적으로 이 통합을 통해 시스템 신뢰성을 높이고 열 성능을 최적화할 수 있습니다.”라고 그는 덧붙였습니다.
바이어스 전력 아키텍처
EV에 사용되는 기존 바이어스 전력 아키텍처는 하나의 변압기와 단일 바이어스 컨트롤러를 사용하여 모든 게이트 드라이버에 대한 바이어스 전압을 생성합니다. 오늘날 고객은 안전 문제와 공간 및 무게 절감에 대한 요구로 인해 이중화 및 안정성과 관련된 이점을 활용하기 위해 분산 아키텍처 시스템으로 이동하고 있습니다.
"문제는 '시스템에서 절연 게이트 드라이버를 어떻게 바이어스합니까'입니다."라고 Manack은 말했습니다.
"바이어싱은 IGBT 또는 SiC 스위치 또는 고전압 측의 GaN 스위치를 구동하기 위해 이러한 절연 게이트 드라이버의 XNUMX차측에 전력을 제공하여 주파수를 높이고 크기를 줄이는 방법을 의미합니다."라고 Manack이 말했습니다. “레거시 시스템에서는 잠재적으로 하나의 변압기를 사용하여 이러한 모든 게이트 드라이버를 바이어스할 수 있지만 이중화가 핵심이고 작은 크기와 무게가 핵심인 자동차 시스템에서는 더 많은 고객이 모든 절연 게이트가 있는 분산 전원 아키텍처로 이동하는 것을 봅니다. 드라이버에는 전용 바이어스 공급 장치가 있습니다."
따라서 하나의 바이어스 공급 장치가 고장나더라도 다른 바이어스 공급 장치는 페어링된 게이트 드라이버와 함께 작동 상태를 유지하므로 도로에서 차량 안전이 향상된다고 TI는 말했습니다.
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UCC14240-Q1은 엔지니어가 분산 아키텍처를 활용할 수 있도록 설계되었습니다. 이중 출력 전력 모듈은 60% 효율을 제공하며 이는 기존 바이어스 공급 장치의 두 배이며 전력 밀도를 두 배로 늘리고 차량 주행 범위를 늘리는 데 도움이 된다고 TI는 말했습니다.
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12.8 × 10.3mm의 작은 설치 공간과 3.55mm 높이의 UCC14240-Q1을 통해 설계자는 전력 솔루션 영역을 50%까지 줄이고 절반 크기의 더 많은 전력을 사용할 수 있습니다. 이를 통해 자동차 제조업체는 최고의 전력 밀도와 98%의 시스템 효율성을 달성할 수 있습니다. 높이 감소의 또 다른 이점은 인쇄 회로 기판(PCB)의 양쪽에 모듈을 배치할 수 있는 유연성입니다.
TI는 전체 솔루션의 크기 축소를 의미하는 전력 밀도에 크게 중점을 두고 있습니다. "문자 그대로 항상 튀어나온 구성 요소 중 하나는 절연 게이트 드라이버의 바이어스 전원으로 사용되는 변압기였습니다"라고 Steve Lambouses 부사장이 말했습니다. TI의 고전압 전력 사장 겸 총괄 책임자.
독점 기술을 통해 TI는 트랜스포머를 UCC14240-Q1에 통합했으며 이는 업계가 분산 아키텍처로 이동함에 따라 매우 시의적절하다고 Lambouses는 말했습니다. 통합 변압기는 3,000VRMS 절연의 기존 전력 변압기를 사용하는 레거시 플라이백 또는 푸시-풀 아키텍처와 비교하여 넓은 온도 범위에서 전력 공급을 제공하고 2,000VRMS 절연을 유지한다고 그는 말했습니다.
[12050년에 출시된 TI의 UCC2020 절연 DC/DC 바이어스 전원 공급 장치는 통합 변압기 기술을 사용한 TI의 첫 번째 IC입니다.]
UCC14240-Q1은 독점적인 변압기 기술을 사용하여 BOM을 26개에서 10개로 줄였으며 업계에서 가장 작고 가장 정확하며 SiC 및 GaN 스위치가 더 빠르기 때문에 중요하다고 덧붙였습니다.
전력 솔루션에 많은 외부 부품을 통합하는 것 외에도 UCC14240-Q1은 더 작은 패키지에서 더 높은 주파수 스위칭을 가능하게 합니다.
IC 크기 패키지의 절연 전력 전송: 11mm 높이의 부피가 큰 변압기가 있는 레거시 푸시-풀 아키텍처(왼쪽)와 14240mm 높이 패키지의 통합 변압기가 있는 UCC1-Q3.55(오른쪽). (출처: 텍사스 인스트루먼트)
하나의 대형 트랜스포머를 사용하는 기존 플라이백 또는 푸시풀 아키텍처에서 UCC14240-Q1을 사용하는 분산 아키텍처로 이동하면 확장성과 EMI를 줄이는 소프트 스위치 기술을 사용할 수 있는 기능과 같은 기타 이점을 얻을 수 있다고 Lambouses는 말했습니다.
UCC3.5-Q14240의 1pf 14240차-1차 커패시턴스는 칩 외부에서 완전히 다른 제어 알고리즘과 소프트 스위칭 제어 방식으로의 전환을 실제로 가능하게 해준다고 그는 말했다. UCC150-QXNUMX은 고속 스위칭으로 인한 EMI를 완화하고 XNUMXV/ns 이상의 CMTI(Common-Mode Transient Immunity) 성능을 달성할 수 있습니다.
DC/DC 모듈은 또한 소프트 스위칭, 확산 스펙트럼 변조, 차폐 및 낮은 기생과 같은 기능으로 인해 CISPR(국제 특수 데 섭동 전파 전파 위원회) 25 및 CISPR 32의 전자기 호환성 표준을 보다 쉽게 준수할 수 있습니다.
UCC14240-Q1에는 -1.0°C ~ 40°C의 온도 범위에서 ±150% 정확도의 통합 폐쇄 루프 제어 기능도 있습니다. 이 장치의 엄격한 허용 오차로 인해 더 작은 전력 스위치를 사용할 수 있는 동시에 과전류 보호 기능도 향상된다고 TI는 말했습니다.
이 장치는 매우 높은 정확도를 달성하기 위해 전통적으로 플라이백 및 푸시-풀 시스템에 사용되었던 외부 광커플러가 필요하지 않다고 Lambouses는 말했습니다. 이것은 또한 설계에서 옵토커플러의 신뢰성과 온도 제한을 제거한다고 그는 말했습니다.
Manack은 1%의 조절된 정확도가 IGBT에 적합하다고 말했습니다. "그러나 이것은 게이트 전압의 함수로서 더 많은 게이트 감도와 더 많은 RDS(on) 변화를 갖는 광대역 갭 장치(SiC 또는 GaN)에 중요합니다."
UCC14240-Q1에는 과전류, 과전력 및 과열 보호는 물론 오류 모니터링을 비롯한 온칩 보호와 같은 기타 기능이 포함되어 있습니다. 이 제품은 타사 인증 3kVrms 절연을 제공하며 초경량 및 3.55mm 높이로 인해 업계 최고의 진동 내성을 제공한다고 합니다.
14240핀, 1 × 36 × 12.8mm 축소 소형 아웃라인 패키지의 UCC10.3-Q3.55은 TI에서 사전 생산 수량으로 제공됩니다. 가격은 4.20개 수량 기준으로 $1,000부터 시작합니다. 평가 보드인 UCC14240Q1EVM-052는 TI.com에서 $59에 구입할 수 있습니다.
TI는 TI Live!에서 UCC14240-Q1을 시연하고 있습니다. Tech Exchange 가상 이벤트, 27년 29월 2021-XNUMX일.
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