Компания Texas Instruments (TI) Inc. заявила о создании самого маленького и самого точного в отрасли изолированного источника смещения постоянного/постоянного тока мощностью 1.5 Вт. модуль со встроенным трансформатором. Обеспечивая мощность более 1.5 Вт при температуре окружающей среды 105°C, UCC14240-Q1напряжение Модуль DC/DC может питать биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBTs), а также переключатели из карбида кремния (SiC) и нитрида галлия (GaN) на высоких частотах.
Интегрируя трансформатор в IC, это позволяет уменьшить размер, вес и высоту энергосистемы. В UCC14240-Q1 используется запатентованный встроенный трансформатор. technology По данным TI, это может сократить энергетические решения на 50 процентов. Это также приводит к снижению затрат на приложения с высоким напряжением, такие как электромобили (EV) и гибридные системы силовых агрегатов электромобилей, системы моторного привода и сетевые инверторы.
(Источник: Texas Instruments)
«Продукты TI решают задачи снижения стоимости и улучшения ассортимента электромобилей, и делают это несколькими разными способами», - сказал Райан Манак, директор TI по автомобильным системам и маркетингу системной инженерии, во время виртуальной презентации. «Мы пытаемся максимально интегрировать на уровне продукта и системы, где у нас есть технологии, которые позволяют интегрировать системы трансмиссии в системы типа« два в одном »и« три в одном »с бортовыми зарядными устройствами и тяговыми инверторами. , Преобразователи постоянного тока в постоянный и т. Д. », - сказал он.
По словам Манака, это помогает заказчикам снизить затраты, упростить конструкцию, оптимизировать соответствие требованиям функциональной безопасности, чтобы быстрее выйти на рынок и в целом повысить надежность этих систем. «Эта интеграция также может расширить диапазон приводов и повысить эффективность [электромобилей]».
Одна из целей TI - уменьшить количество частей в решениях по питанию, включая компоненты, на уровне архитектуры и системы. По словам Манака, это упрощает конструкцию и упрощает интеграцию за счет уменьшения количества электронных блоков, которые должны находиться внутри автомобиля.
«В то время как мы делаем это, как мы можем получить эффективность системы 98% и помочь клиентам стремиться к эффективности 99%, уменьшить потери, уменьшить нагрев, работать более эффективно, работать на более высоких частотах и уменьшить размер магнетиков, а затем в конечном итоге за счет этой интеграции повысится надежность системы и оптимизированы тепловые характеристики », - добавил он.
Архитектура мощности смещения
Традиционные архитектуры питания смещения, используемые в электромобилях, используют один трансформатор и один контроллер смещения для генерации напряжения смещения для всех драйверов затвора. Сегодня заказчики переходят на системы с распределенной архитектурой, чтобы воспользоваться преимуществами избыточности и надежности из соображений безопасности и необходимости экономии места и веса.
«Вопрос в том, как можно смещать изолированные драйверы затвора в системе», - сказал Манак.
«Смещение действительно означает, как мы обеспечиваем питание вторичной обмотки этих изолированных драйверов затвора, чтобы управлять IGBT или переключателем SiC, или даже переключателями GaN на стороне высокого напряжения, чтобы увеличить частоту и уменьшить размер», - сказал Манак. «В устаревших системах вы потенциально можете использовать один трансформатор для смещения всех этих драйверов затворов, но в автомобильных системах, где ключевым является резервирование и где ключевыми являются малый размер и вес, мы видим, что все больше клиентов переходят на архитектуру распределенного питания, где каждый изолированный затвор драйвер имеет специальный источник смещения ».
Таким образом, если один источник смещения выходит из строя, другие источники смещения остаются в рабочем состоянии вместе со своими парными приводами ворот, что повышает безопасность транспортного средства на дороге, сообщает TI.
Щелкните, чтобы увеличить изображение. (Источник: Texas Instruments)
UCC14240-Q1 разработан, чтобы помочь инженерам воспользоваться преимуществами распределенной архитектуры. Модуль питания с двумя выходами обеспечивает эффективность 60% - вдвое больше, чем у традиционных источников смещения, - удваивая удельную мощность и помогая увеличить запас хода автомобиля, - заявили в TI.
Щелкните, чтобы увеличить изображение. (Источник: Texas Instruments)
Благодаря небольшой площади 12.8 × 10.3 мм и высоте 3.55 мм, UCC14240-Q1 позволяет разработчикам уменьшить площадь решения питания на 50% с большей мощностью в два раза меньше. Это позволяет автопроизводителям достичь максимальной удельной мощности и эффективности системы 98%. Еще одним преимуществом уменьшения высоты является возможность размещения модуля по обе стороны от печатной платы (PCB).
TI в значительной степени сосредоточена на плотности мощности, что означает уменьшение размера всего решения, и одним из компонентов, который «всегда буквально торчал», был трансформатор, который используется в качестве источника смещения для этих изолированных драйверов затвора, - сказал Стив Ламбаус, вице-президент. президент и генеральный директор, высоковольтная энергетика в TI.
По словам Ламбауса, с помощью запатентованной технологии TI интегрировала трансформатор в UCC14240-Q1, что очень своевременно, поскольку отрасль движется к распределенной архитектуре. По его словам, интегрированный трансформатор обеспечивает подачу энергии в широком диапазоне температур и поддерживает изоляцию 3,000 VRMS по сравнению с устаревшими архитектурами с обратным ходом или двухтактной архитектурой с использованием традиционного силового трансформатора с изоляцией 2,000 VRMS.
[Изолированный источник питания постоянного / постоянного тока смещения TI UCC12050, представленный в 2020 году, был первой ИС TI, использующей технологию интегрированного трансформатора.]
Он добавил, что UCC14240-Q1 сокращает расходы на материалы с 26 до 10 устройств, использующих запатентованную технологию трансформаторов, а также является самым маленьким и наиболее точным в отрасли, что также важно из-за более быстрых переключателей SiC и GaN.
UCC14240-Q1 не только интегрирует множество внешних компонентов в систему питания, но и обеспечивает переключение на более высокую частоту в меньшем корпусе.
Изолированная передача мощности в корпусе размера IC: устаревшая двухтактная архитектура с громоздкими трансформаторами высотой 11 мм (слева) и UCC14240-Q1 со встроенным трансформатором в корпусе высотой 3.55 мм (справа). (Источник: Texas Instruments)
По словам Ламбауса, переход от традиционной обратноходовой или двухтактной архитектуры с одним большим трансформатором к распределенной архитектуре с UCC14240-Q1 обеспечивает масштабируемость и другие преимущества, такие как возможность использования технологии мягкого переключения, которая снижает электромагнитные помехи.
По его словам, емкость UCC3.5-Q14240 между первичной и вторичной обмотками составляет 1 пФ - это то, что действительно позволяет использовать совершенно другой алгоритм управления, внешний по отношению к микросхеме, и перейти к схеме управления с мягким переключением. UCC14240-Q1 может уменьшить электромагнитные помехи, вызванные высокоскоростным переключением, и обеспечить устойчивость к синфазным переходным процессам (CMTI) более 150 В / нс.
Модуль DC / DC также обеспечивает более простое соответствие стандартам электромагнитной совместимости Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 и CISPR 32 благодаря таким функциям, как мягкое переключение, модуляция с расширенным спектром, экранирование и низкий уровень паразитных помех.
UCC14240-Q1 также имеет встроенное управление с обратной связью с точностью ± 1.0% в диапазоне температур от -40 ° C до 150 ° C. По словам TI, жесткие допуски устройства позволяют использовать переключатели питания меньшего размера, а также улучшают защиту от перегрузки по току.
По словам Ламбауса, устройство устраняет необходимость во внешней оптопаре, традиционно используемой в системах обратного хода и двухтактных системах для достижения очень высокой точности. По его словам, это также снимает ограничения надежности и температуры оптопары в конструкции.
«Регулируемая точность в 1% отлично подходит для IGBT», - сказал Манак. «Но это критично для устройств с широкой запрещенной зоной - SiC или GaN - которые имеют большую чувствительность затвора и большее изменение RDS (вкл.) В зависимости от напряжения затвора».
UCC14240-Q1 включает в себя другие функции, такие как встроенная защита, включая мониторинг неисправностей, а также защиту от перегрузки по току, избыточной мощности и перегрева. Он предлагает сертифицированную сторонними организациями изоляцию 3 кВ среднеквадратического значения и, как утверждается, обеспечивает лучшую в отрасли устойчивость к вибрации благодаря сверхмалому весу и высоте 3.55 мм.
UCC14240-Q1, в 36-контактном корпусе с малыми размерами 12.8 × 10.3 × 3.55 мм, доступен в предварительных количествах от TI. Цена начинается от 4.20 доллара США при количестве 1,000 штук. Оценочная плата UCC14240Q1EVM-052 доступна на TI.com по цене 59 долларов.
TI демонстрирует UCC14240-Q1 на TI Live! Виртуальное мероприятие Tech Exchange, 27-29 сентября 2021 г.
о Texas Instruments