Texas Instruments (TI) Inc. telah menuntut bekalan bias DC/DC terpencil 1.5-W terpencil dan paling tepat dalam industri modul dengan pengubah bersepadu. Dengan menghantar lebih daripada 1.5 W pada suhu ambien 105°C, UCC14240-Q1 tinggivoltan Modul DC/DC boleh kuasa transistor bipolar pintu terpencil (IGBTs) serta suis silikon karbida (SiC) dan galium nitrida (GaN) pada frekuensi tinggi.
Dengan mengintegrasikan pengubah dalam IC, ia membolehkan pengurangan saiz, berat dan ketinggian sistem kuasa. UCC14240-Q1 menggunakan pengubah bersepadu proprietari teknologi yang boleh mengecilkan penyelesaian kuasa sebanyak 50 peratus, menurut TI. Ini juga diterjemahkan kepada kos yang lebih rendah untuk aplikasi persekitaran voltan tinggi seperti kenderaan elektrik (EV) dan sistem kereta api kuasa EV hibrid, sistem pemacu motor dan penyongsang terikat grid.
(Sumber: Texas Instruments)
Produk TI menangani cabaran untuk mengurangkan biaya dan meningkatkan rangkaian EV dan melakukannya dengan beberapa cara yang berbeza, kata Ryan Manack, pengarah sistem automotif TI, Pemasaran Kejuruteraan Sistem, semasa persembahan maya. "Kami berusaha untuk mengintegrasikan sebanyak mungkin pada tingkat produk dan tingkat sistem di mana kami memiliki teknologi yang memungkinkan sistem powertrain diintegrasikan ke dalam sistem jenis dua-dalam-satu dan tiga-dalam-satu dengan pengecas onboard, pengalih daya tarikan , Penukar DC ke DC, dll., ”Katanya.
Ini membantu pelanggan mengurangkan kos, mempermudah reka bentuk, menyelaraskan kepatuhan keselamatan fungsional untuk masuk ke pasaran dengan lebih cepat, dan secara keseluruhan meningkatkan kebolehpercayaan sistem ini, kata Manack. "Integrasi ini juga dapat memperluas jangkauan pemacu dan menambah kecekapan [EV]."
Salah satu tujuan TI adalah untuk mengurangkan jumlah bahagian dalam penyelesaian kuasa, termasuk komponen dan pada tahap seni bina dan sistem. Ini menyederhanakan reka bentuk untuk menjadikan integrasi lebih mudah dengan mengurangkan jumlah kotak elektronik yang harus masuk ke dalam kereta, kata Manack.
"Semasa kita melakukan itu, bagaimana kita mendapatkan kecekapan sistem 98% dan membantu pelanggan berusaha mencapai kecekapan 99%, mengurangkan kehilangan, mengurangkan panas, beroperasi dengan lebih efisien, beroperasi pada frekuensi yang lebih tinggi, dan mengurangkan ukuran magnet, kemudian akhirnya melalui integrasi ini meningkatkan kebolehpercayaan sistem dan mengoptimumkan prestasi termal, ”tambahnya.
Senibina kekuatan berat sebelah
Senibina kuasa bias tradisional yang digunakan dalam EV menggunakan satu pengubah dan pengawal bias tunggal untuk menghasilkan voltan bias untuk semua pemacu gerbang. Hari ini, pelanggan beralih ke sistem seni bina yang diedarkan untuk memanfaatkan kelebihan sekitar kelebihan dan kebolehpercayaan kerana masalah keselamatan dan keperluan penjimatan ruang dan berat badan
"Persoalannya adalah 'bagaimana anda memihak pemandu gerbang terpencil dalam sistem,'" kata Manack.
"Biasing sebenarnya bermaksud bagaimana kita memberikan kekuatan ke sisi sekunder pemacu gerbang terpencil ini untuk menggerakkan suis IGBT atau SiC, atau bahkan suis GaN di sisi voltan tinggi untuk meningkatkan frekuensi dan mengurangkan ukuran," kata Manack. "Dalam sistem warisan, anda berpotensi menggunakan satu transformer untuk membebani semua pemandu gerbang ini, tetapi dalam sistem automotif di mana kelebihan adalah kunci dan di mana ukuran dan berat kecil adalah kunci, kami melihat lebih banyak pelanggan beralih ke seni bina kuasa yang diedarkan di mana setiap pintu terpencil pemandu mempunyai bekalan berat sebelah khusus. "
Oleh itu, jika satu bekalan bias gagal, bekalan bias yang lain tetap beroperasi bersama dengan pemandu gerbang berpasangan mereka, yang meningkatkan keselamatan kenderaan di jalan raya, kata TI.
Klik untuk gambar yang lebih besar. (Sumber: Texas Instruments)
UCC14240-Q1 direka untuk membantu jurutera memanfaatkan seni bina yang diedarkan. Modul kuasa dua-output menawarkan kecekapan 60% - dua kali ganda daripada bekalan bias tradisional - menggandakan kepadatan kuasa dan membantu meningkatkan jarak pemanduan kenderaan, kata TI.
Klik untuk gambar yang lebih besar. (Sumber: Texas Instruments)
Dengan jejak kecil 12.8 × 10.3 mm dan ketinggian 3.55 mm, UCC14240-Q1 membolehkan pereka untuk mengurangkan kawasan penyelesaian kuasa sebanyak 50%, dengan lebih banyak kuasa pada separuh ukuran. Ini membolehkan pembuat kenderaan mencapai ketumpatan kuasa tertinggi dan kecekapan sistem 98%. Kelebihan lain dari pengurangan ketinggian adalah fleksibiliti untuk meletakkan modul di kedua-dua sisi papan litar bercetak (PCB).
TI sangat tertumpu pada kepadatan daya, yang bermaksud mengecilkan ukuran total penyelesaian, dan satu komponen yang "selalu tersekat secara harfiah adalah transformer, yang digunakan sebagai bekalan bias untuk pemandu gerbang terpencil itu," kata Steve Lambouses, naib presiden dan pengurus besar, kuasa voltan tinggi di TI.
Melalui teknologi proprietari TI telah mengintegrasikan transformer ke dalam UCC14240-Q1, yang sangat tepat pada masanya ketika industri ini bergerak ke arah seni bina yang diedarkan, kata Lambouses. Transformer bersepadu menyediakan penghantaran kuasa pada julat suhu yang luas dan mengekalkan pengasingan 3,000-VRMS, berbanding dengan arsitektur flyback atau push-pull yang lama menggunakan transformer kuasa tradisional dengan pengasingan 2,000 VRMS, katanya.
[Bekalan kuasa bias DC / DC terpencil UCC12050, diperkenalkan pada tahun 2020, adalah IC pertama TI yang menggunakan teknologi transformer bersepadu.]
UCC14240-Q1 mengurangkan jumlah bahan dari 26 hingga 10 peranti menggunakan teknologi transformer proprietari dan ia juga merupakan industri terkecil dan paling tepat, yang juga penting kerana suis SiC dan GaN yang lebih pantas, tambahnya.
Selain mengintegrasikan banyak komponen luaran dalam penyelesaian kuasa, UCC14240-Q1 memungkinkan pertukaran frekuensi yang lebih tinggi dalam pakej yang lebih kecil.
Pemindahan tenaga terpencil dalam pakej bersaiz IC: Senibina push-pull lama dengan transformer besar dalam ketinggian 11 mm (kiri) dan UCC14240-Q1 dengan transformer bersepadu dalam pakej ketinggian 3.55 mm (kanan). (Sumber: Texas Instruments)
Menjauh dari arsitektur flyback tradisional atau push-pull dengan satu transformer besar ke seni bina yang diedarkan dengan UCC14240-Q1 memungkinkan skalabilitas dan faedah lain seperti keupayaan untuk menggunakan teknologi suis lembut yang akan mengurangkan EMI, kata Lambouses.
Kapasitansi primer ke sekunder 3.5-pf dari UCC14240-Q1 adalah yang benar-benar memungkinkan algoritma kawalan yang sama sekali berbeza dengan luaran cip dan beralih ke skema kawalan beralih lembut, katanya. UCC14240-Q1 dapat mengurangkan EMI yang disebabkan oleh peralihan berkelajuan tinggi dan mencapai prestasi mod kekebalan sementara biasa (CMTI) lebih daripada 150 V / ns.
Modul DC / DC juga membolehkan pematuhan yang lebih mudah terhadap standard keserasian elektromagnetik Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 dan CISPR 32, kerana ciri-ciri seperti peralihan lembut, modulasi spread-spektrum, pelindung, dan parasit rendah.
UCC14240-Q1 juga memiliki kawalan gelung tertutup bersepadu dengan ketepatan ± 1.0% pada julat suhu -40 ° C hingga 150 ° C. Toleransi ketat peranti membolehkan penggunaan suis kuasa yang lebih kecil dan juga meningkatkan perlindungan arus lebih, kata TI.
Peranti menghilangkan keperluan untuk optocoupler luaran, yang secara tradisional digunakan dalam sistem flyback dan push-pull untuk mencapai ketepatan yang sangat tinggi, kata Lambouses. Ini juga menghilangkan kebolehpercayaan dan had suhu optocoupler dalam reka bentuk, katanya.
Ketepatan terkawal 1% sangat bagus untuk IGBT, kata Manack. "Tetapi sangat penting untuk peranti lebar jalur - SiC atau GaN - yang mempunyai kepekaan gerbang lebih banyak dan variasi RDS (on) lebih banyak sebagai fungsi voltan gerbang."
UCC14240-Q1 menyertakan ciri lain seperti perlindungan on-chip, termasuk pemantauan kesalahan serta perlindungan arus, overpower, dan overtemperature. Ia menawarkan pengasingan 3-kVrms yang diperakui pihak ketiga dan dikatakan memberikan ketahanan getaran terbaik di industri kerana beratnya yang sangat rendah dan ketinggian 3.55 mm.
UCC14240-Q1, dalam pakej garis kecil susut 36-pin, 12.8 × 10.3 × 3.55 mm, tersedia dalam jumlah pra-pengeluaran dari TI. Harga bermula dari $ 4.20 dalam jumlah 1,000. Papan penilaian, UCC14240Q1EVM-052, boleh didapati di TI.com dengan harga $ 59.
TI menunjukkan UCC14240-Q1 di TI Live! Acara maya Tech Exchange, 27-29 September 2021.
mengenai Texas Instruments