reivindicou a menor e mais precisa fonte de polarização DC/DC isolada de 1.5 W do setor módulo com transformador integrado. Ao fornecer mais de 1.5 W em temperaturas ambientes de 105°C, o UCC14240-Q1 de alta potênciaVoltagem O módulo DC/DC pode alimentar transistores bipolares de porta isolada (IGBTs), bem como interruptores de carboneto de silício (SiC) e nitreto de gálio (GaN) em altas frequências.
Ao integrar o transformador em um IC, permite a redução de tamanho, peso e altura do sistema de potência. O UCC14240-Q1 usa um transformador integrado proprietário tecnologia que pode reduzir as soluções de energia em 50%, de acordo com a TI. Isso também se traduz em custos mais baixos para aplicações em ambientes de alta tensão, como veículos elétricos (EV) e sistemas de trem de força EV híbridos, sistemas de acionamento motorizado e inversores ligados à rede.
(Fonte: Texas Instruments)
Os produtos da TI estão enfrentando os desafios de reduzir o custo e melhorar a gama de VEs e está fazendo isso de várias maneiras diferentes, disse Ryan Manack, diretor de sistemas automotivos da TI, Marketing de Engenharia de Sistemas, durante uma apresentação virtual. “Estamos tentando integrar o máximo possível no nível do produto e no nível do sistema, onde temos tecnologias que permitem que os sistemas de transmissão sejam integrados em sistemas do tipo dois em um e três em um com carregadores a bordo, inversores de tração , Conversores DC para DC, etc. ”, disse ele.
Isso ajuda os clientes a reduzir custos, simplificar o projeto, agilizar a conformidade de segurança funcional para chegar ao mercado mais rapidamente e melhorar de maneira geral a confiabilidade desses sistemas, disse Manack. “Essa integração também pode estender o alcance do drive e aumentar a eficiência [dos EVs].”
Um dos objetivos da TI é reduzir o número de peças nas soluções de energia, incluindo componentes e nos níveis de arquitetura e sistema. Isso simplifica os projetos para facilitar a integração, reduzindo o número de caixas eletrônicas que precisam ir dentro do automóvel, disse Manack.
“Enquanto estamos fazendo isso, como podemos obter 98% de eficiência do sistema e ajudar os clientes a se empenharem em alcançar 99% de eficiência, reduzir perdas, reduzir o calor, operar com mais eficiência, operar em frequências mais altas e reduzir o tamanho do magnetismo, então em última análise, por meio dessa integração, aumenta a confiabilidade do sistema e otimiza o desempenho térmico ”, acrescentou.
Arquitetura de energia de polarização
As arquiteturas de polarização tradicionais usadas em EVs usam um transformador e um único controlador de polarização para gerar as tensões de polarização para todos os gate drivers. Hoje, os clientes estão mudando para sistemas de arquitetura distribuída para aproveitar as vantagens de redundância e confiabilidade devido a questões de segurança e a necessidade de economia de espaço e peso
“A questão é 'como você influencia os controladores de portão isolados no sistema'”, disse Manack.
“A polarização realmente significa como fornecemos energia para o lado secundário desses drivers de porta isolados para acionar o IGBT ou o switch SiC, ou até mesmo switches GaN no lado de alta tensão para aumentar a frequência e reduzir o tamanho”, disse Manack. “Em sistemas legados, você poderia usar um transformador para influenciar todos esses acionadores de portão, mas em sistemas automotivos onde a redundância é a chave e onde o tamanho e o peso pequenos são essenciais, vemos mais clientes mudando para uma arquitetura de energia distribuída onde cada portão isolado o driver tem um fornecimento de polarização dedicado. ”
Portanto, se um fornecimento de polarização falhar, as outras fontes de polarização permanecerão operacionais junto com seus drivers de portão emparelhados, o que melhora a segurança do veículo na estrada, disse TI.
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O UCC14240-Q1 foi projetado para ajudar os engenheiros a aproveitar as vantagens da arquitetura distribuída. O módulo de potência de saída dupla oferece 60% de eficiência - o dobro das fontes de polarização tradicionais - dobrando a densidade de potência e ajudando a aumentar o alcance do veículo, disse TI.
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Com uma pequena pegada de 12.8 × 10.3 mm e 3.55 mm de altura, o UCC14240-Q1 permite que os designers reduzam a área de solução de energia em até 50%, com mais energia na metade do tamanho. Isso permite que os fabricantes de automóveis alcancem a maior densidade de potência e 98% de eficiência do sistema. Outra vantagem da redução de altura é a flexibilidade de colocar o módulo em qualquer um dos lados da placa de circuito impresso (PCB).
TI está fortemente focada na densidade de potência, o que significa diminuir o tamanho da solução total, e um componente que "sempre sobressaiu literalmente foi o transformador, que é usado como fonte de polarização para os drivers de porta isolados", disse Steve Lambouses, vice presidente e gerente geral de energia de alta tensão da TI.
Por meio de uma tecnologia proprietária, a TI integrou o transformador ao UCC14240-Q1, o que é muito oportuno, pois a indústria está se movendo em direção a uma arquitetura distribuída, disse Lambouses. O transformador integrado fornece fornecimento de energia em uma ampla faixa de temperatura e mantém o isolamento de 3,000 VRMS, em comparação com as arquiteturas legadas de flyback ou push-pull usando um transformador de energia tradicional com isolamento de 2,000 VRMS, disse ele.
[A fonte de alimentação de polarização DC / DC isolada UCC12050 da TI, introduzida em 2020, foi o primeiro IC da TI a usar a tecnologia de transformador integrado.]
O UCC14240-Q1 reduz a lista de materiais de 26 para 10 dispositivos usando a tecnologia de transformador proprietária e também é o menor e mais preciso do setor, o que também é importante por causa dos interruptores SiC e GaN mais rápidos, acrescentou.
Além de integrar muitos componentes externos na solução de energia, o UCC14240-Q1 permite comutação de frequência mais alta em um pacote menor.
Transferência de potência isolada em um pacote do tamanho de um IC: Arquitetura push-pull legada com transformadores volumosos em uma altura de 11 mm (esquerda) e o UCC14240-Q1 com um transformador integrado em um pacote de altura de 3.55 mm (direita). (Fonte: Texas Instruments)
Afastar-se de uma arquitetura flyback tradicional ou push-pull com um grande transformador para uma arquitetura distribuída com o UCC14240-Q1 permite escalabilidade e outros benefícios, como a capacidade de usar tecnologia de soft-switch que reduzirá EMI, disse Lambouses.
A capacitância primária-secundária de 3.5 pf do UCC14240-Q1 é o que realmente permite um algoritmo de controle completamente diferente externo ao chip e a mudança para um esquema de controle de comutação suave, disse ele. O UCC14240-Q1 pode atenuar a EMI causada por comutação de alta velocidade e alcançar desempenho de imunidade transitória de modo comum (CMTI) de mais de 150 V / ns.
O módulo DC / DC também permite uma conformidade mais fácil com os padrões de compatibilidade eletromagnética do Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 e CISPR 32, devido a recursos como comutação suave, modulação de espalhamento espectral, blindagem e parasitas baixos.
O UCC14240-Q1 também possui um controle de malha fechada integrado com precisão de ± 1.0% na faixa de temperatura de -40 ° C a 150 ° C. A tolerância restrita do dispositivo permite o uso de interruptores menores ao mesmo tempo em que melhora a proteção contra sobrecorrente, disse TI.
O dispositivo elimina a necessidade de um optoacoplador externo, tradicionalmente usado em flybacks e sistemas push-pull para atingir uma precisão muito alta, disse Lambouses. Isso também remove a confiabilidade e as limitações de temperatura do optoacoplador no projeto, disse ele.
A precisão regulada de 1% é ótima para IGBTs, disse Manack. “Mas é fundamental para os dispositivos de gap largo - SiC ou GaN - que têm mais sensibilidade de porta e mais variação RDS (on) em função da tensão de porta.”
O UCC14240-Q1 inclui outros recursos, como proteção no chip, incluindo monitoramento de falha, bem como proteção de sobrecorrente, sobretemperatura e sobretemperatura. Ele oferece isolamento de 3 kVrms certificado por terceiros e é dito que oferece a melhor imunidade à vibração do setor devido ao seu peso ultrabaixo e altura de 3.55 mm.
O UCC14240-Q1, em um pacote de pequeno contorno encolhível de 36 pinos, 12.8 × 10.3 × 3.55 mm, está disponível em quantidades de pré-produção na TI. O preço começa em $ 4.20 para quantidades de 1,000. Uma placa de avaliação, a UCC14240Q1EVM-052, está disponível em TI.com por $ 59.
TI está demonstrando o UCC14240-Q1 no TI Live! Evento virtual do Tech Exchange, 27 a 29 de setembro de 2021.
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