Texas Instruments (TI) Inc. อ้างว่า DC/DC bias-supply ขนาด 1.5-W แบบแยกที่มีขนาดเล็กที่สุดและแม่นยำที่สุดในอุตสาหกรรม โมดูล พร้อมหม้อแปลงในตัว ด้วยการส่งมากกว่า 1.5 W ที่อุณหภูมิแวดล้อม 105°C ทำให้ UCC14240-Q1 มีคุณภาพสูงแรงดันไฟฟ้า โมดูล DC/DC สามารถจ่ายไฟให้กับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์เกตแบบแยกได้ (IGBTs) เช่นเดียวกับสวิตช์ซิลิคอนคาร์ไบด์ (SiC) และแกลเลียมไนไตรด์ (GaN) ที่ความถี่สูง
โดยการรวมหม้อแปลงเข้ากับเครื่อง ICทำให้สามารถลดขนาด น้ำหนัก และความสูงของระบบไฟฟ้าได้ UCC14240-Q1 ใช้หม้อแปลงในตัวที่เป็นกรรมสิทธิ์ เทคโนโลยี ซึ่งสามารถลดขนาดโซลูชันด้านพลังงานลงได้ 50 เปอร์เซ็นต์ ตามข้อมูลของ TI นอกจากนี้ยังแปลเป็นต้นทุนที่ลดลงสำหรับการใช้งานในสภาพแวดล้อมที่มีแรงดันไฟฟ้าสูง เช่น รถยนต์ไฟฟ้า (EV) และระบบส่งกำลัง EV แบบไฮบริด ระบบขับเคลื่อนมอเตอร์ และอินเวอร์เตอร์ที่ผูกกับกริด
(ที่มา: Texas Instruments)
ผลิตภัณฑ์ของ TI กำลังจัดการกับความท้าทายในการลดต้นทุนและปรับปรุงช่วงของ EVs และกำลังทำในสองวิธีที่แตกต่างกัน Ryan Manack ผู้อำนวยการฝ่ายระบบยานยนต์ของ TI ฝ่ายการตลาดวิศวกรรมระบบกล่าว ในระหว่างการนำเสนอเสมือนจริง “เรากำลังพยายามบูรณาการให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ในระดับผลิตภัณฑ์และระดับระบบ ซึ่งเรามีเทคโนโลยีที่ช่วยให้ระบบส่งกำลังถูกรวมเข้ากับระบบแบบทูอินวันและสามอินวันด้วยเครื่องชาร์จออนบอร์ด อินเวอร์เตอร์ฉุด , ตัวแปลง DC เป็น DC เป็นต้น” เขากล่าว
ซึ่งช่วยให้ลูกค้าลดต้นทุน ลดความซับซ้อนของการออกแบบ ปรับปรุงการปฏิบัติตามข้อกำหนดด้านความปลอดภัยในการใช้งานเพื่อเข้าถึงตลาดได้เร็วขึ้น และปรับปรุงความน่าเชื่อถือของระบบเหล่านี้โดยรวม Manack กล่าว "การผสานรวมนี้ยังสามารถขยายช่วงไดรฟ์และเพิ่มประสิทธิภาพ [ของ EVs]"
หนึ่งในเป้าหมายของ TI คือการลดจำนวนชิ้นส่วนในโซลูชันด้านพลังงาน รวมถึงส่วนประกอบและในระดับสถาปัตยกรรมและระบบ สิ่งนี้ทำให้การออกแบบง่ายขึ้นเพื่อให้การรวมเข้าด้วยกันง่ายขึ้นโดยการลดจำนวนกล่องอิเล็กทรอนิกส์ที่ต้องเข้าไปภายในรถยนต์ Manack กล่าว
“ในขณะที่เรากำลังดำเนินการอยู่นั้น เราจะได้รับประสิทธิภาพของระบบ 98% และช่วยให้ลูกค้ามุ่งมั่นสู่ประสิทธิภาพ 99% ได้อย่างไร ลดการสูญเสีย ลดความร้อน ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ทำงานที่ความถี่สูงขึ้น และลดขนาดของแม่เหล็ก ในที่สุดผ่านการบูรณาการนี้จะเพิ่มความน่าเชื่อถือของระบบและเพิ่มประสิทธิภาพการระบายความร้อน” เขากล่าวเสริม
สถาปัตยกรรมอคติ
สถาปัตยกรรมพลังงานอคติแบบดั้งเดิมที่ใช้ใน EVs ใช้หม้อแปลงหนึ่งตัวและตัวควบคุมอคติตัวเดียวเพื่อสร้างแรงดันอคติสำหรับไดรเวอร์เกททั้งหมด วันนี้ ลูกค้ากำลังเปลี่ยนไปใช้ระบบสถาปัตยกรรมแบบกระจายเพื่อใช้ประโยชน์จากข้อได้เปรียบด้านความซ้ำซ้อนและความน่าเชื่อถืออันเนื่องมาจากข้อกังวลด้านความปลอดภัยและความจำเป็นในการประหยัดพื้นที่และน้ำหนัก
“คำถามคือ 'คุณจะมีอคติกับไดรเวอร์เกทที่แยกออกมาในระบบได้อย่างไร'” Manack กล่าว
“การให้น้ำหนักหมายความว่าเราจะจ่ายพลังงานให้กับด้านรองของไดรเวอร์เกทแยกเหล่านี้เพื่อขับเคลื่อน IGBT หรือสวิตช์ SiC ได้อย่างไร หรือแม้แต่สวิตช์ GaN ที่ด้านไฟฟ้าแรงสูงเพื่อเพิ่มความถี่และลดขนาด” Manack กล่าว “ในระบบเดิม คุณอาจใช้หม้อแปลงตัวเดียวเพื่อไบอัสไดรเวอร์เกตเหล่านี้ทั้งหมด แต่ในระบบยานยนต์ที่มีความซ้ำซ้อนเป็นกุญแจสำคัญ และในที่ที่มีขนาดและน้ำหนักที่เล็กเป็นกุญแจสำคัญ เราเห็นลูกค้าจำนวนมากขึ้นที่ย้ายไปยังสถาปัตยกรรมพลังงานแบบกระจายซึ่งทุกเกตแยก ไดรเวอร์มีอุปทานอคติโดยเฉพาะ”
ดังนั้น หากอุปทานอคติล้มเหลว เสบียงอคติอื่นๆ ยังคงใช้งานได้พร้อมกับไดรเวอร์ประตูคู่ ซึ่งช่วยเพิ่มความปลอดภัยของยานพาหนะบนท้องถนน TI กล่าว
คลิกเพื่อดูภาพขนาดใหญ่ (ที่มา: Texas Instruments)
UCC14240-Q1 ได้รับการออกแบบมาเพื่อช่วยให้วิศวกรใช้ประโยชน์จากสถาปัตยกรรมแบบกระจาย โมดูลจ่ายไฟแบบดูอัลเอาท์พุตมีประสิทธิภาพ 60% ซึ่งเป็นสองเท่าของการจ่ายไฟแบบไบแอสแบบเดิม เพิ่มความหนาแน่นของพลังงานเป็นสองเท่าและช่วยเพิ่มระยะการขับขี่ของยานพาหนะ TI กล่าว
คลิกเพื่อดูภาพขนาดใหญ่ (ที่มา: Texas Instruments)
ด้วยพื้นที่ขนาดเล็ก 12.8 × 10.3 มม. และความสูง 3.55 มม. UCC14240-Q1 ช่วยให้นักออกแบบสามารถลดพื้นที่โซลูชันพลังงานได้มากถึง 50% โดยใช้พลังงานมากขึ้นในขนาดเพียงครึ่งเดียว ซึ่งช่วยให้ผู้ผลิตรถยนต์ได้รับความหนาแน่นพลังงานสูงสุดและประสิทธิภาพของระบบ 98% ข้อดีอีกประการของการลดความสูงคือความยืดหยุ่นในการวางโมดูลไว้ที่ด้านใดด้านหนึ่งของแผงวงจรพิมพ์ (PCB)
TI มุ่งเน้นอย่างมากที่ความหนาแน่นของพลังงาน ซึ่งหมายถึงการลดขนาดของโซลูชันทั้งหมด และองค์ประกอบหนึ่งที่ "มักจะติดอยู่อย่างแท้จริงคือหม้อแปลงไฟฟ้า ซึ่งใช้เป็นแหล่งจ่ายอคติสำหรับตัวขับเกตที่แยกออกมาต่างหาก" Steve Lambouses รองกล่าว ประธานและผู้จัดการทั่วไป ฝ่ายไฟฟ้าแรงสูง ทีไอ.
ด้วยเทคโนโลยีที่เป็นกรรมสิทธิ์ TI ได้รวมหม้อแปลงเข้ากับ UCC14240-Q1 ซึ่งทันเวลามากเนื่องจากอุตสาหกรรมกำลังเคลื่อนไปสู่สถาปัตยกรรมแบบกระจาย Lambouses กล่าว หม้อแปลงแบบบูรณาการให้การจ่ายพลังงานในช่วงอุณหภูมิกว้างและคงการแยก 3,000-VRMS เมื่อเทียบกับสถาปัตยกรรม flyback แบบเดิมหรือแบบผลัก-ดึงโดยใช้หม้อแปลงไฟฟ้าแบบเดิมที่มีการแยก 2,000 VRMS เขากล่าว
[แหล่งจ่ายไฟอคติ DC/DC แบบแยกส่วน UCC12050 ของ TI ซึ่งเปิดตัวในปี 2020 เป็น IC ตัวแรกของ TI ที่ใช้เทคโนโลยีหม้อแปลงไฟฟ้าแบบบูรณาการ]
UCC14240-Q1 ลดค่าวัสดุจาก 26 เป็น 10 อุปกรณ์โดยใช้เทคโนโลยีหม้อแปลงไฟฟ้าที่เป็นกรรมสิทธิ์ และยังเป็นอุปกรณ์ที่เล็กที่สุดและแม่นยำที่สุดในอุตสาหกรรม ซึ่งมีความสำคัญเช่นกันเนื่องจากสวิตช์ SiC และ GaN ที่เร็วขึ้น เขากล่าวเสริม
นอกเหนือจากการรวมส่วนประกอบภายนอกจำนวนมากในโซลูชันด้านพลังงานแล้ว UCC14240-Q1 ยังช่วยให้การสลับความถี่สูงขึ้นในแพ็คเกจที่เล็กลง
การถ่ายโอนกำลังแยกในแพ็คเกจขนาด IC: สถาปัตยกรรมแบบผลักดึงแบบเดิมที่มีหม้อแปลงขนาดใหญ่ในความสูง 11 มม. (ซ้าย) และ UCC14240-Q1 ที่มีหม้อแปลงในตัวในชุดความสูง 3.55 มม. (ขวา) (ที่มา: Texas Instruments)
UCC14240-Q1 ย้ายออกจากสถาปัตยกรรมแบบ flyback หรือ push-pull แบบดั้งเดิมที่มีหม้อแปลงขนาดใหญ่หนึ่งตัวไปเป็นสถาปัตยกรรมแบบกระจายตัวด้วย UCCXNUMX-QXNUMX ซึ่งช่วยให้สามารถปรับขยายได้และให้ประโยชน์อื่นๆ เช่น ความสามารถในการใช้เทคโนโลยีซอฟต์สวิตช์ที่จะลด EMI Lambouses กล่าว
ความจุ 3.5-pf หลักถึงรองของ UCC14240-Q1 เป็นสิ่งที่ช่วยให้อัลกอริธึมการควบคุมที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิงภายนอกชิปและการย้ายไปยังรูปแบบการควบคุมแบบซอฟต์สวิตช์ UCC14240-Q1 สามารถลด EMI ที่เกิดจากการสลับความเร็วสูงและบรรลุประสิทธิภาพการคุ้มกันชั่วคราวในโหมดทั่วไป (CMTI) ที่มากกว่า 150 V/ns
โมดูล DC/DC ยังช่วยให้ปฏิบัติตามมาตรฐานความเข้ากันได้ทางแม่เหล็กไฟฟ้าของ Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 และ CISPR 32 ได้ง่ายขึ้น เนื่องจากคุณสมบัติต่างๆ เช่น ซอฟต์สวิตชิ่ง การมอดูเลตสเปกตรัมการแพร่กระจาย การป้องกัน และปรสิตต่ำ
UCC14240-Q1 ยังมีการควบคุมแบบวงปิดในตัวด้วยความแม่นยำ ±1.0% ในช่วงอุณหภูมิ -40°C ถึง 150°C TI ระบุด้วยว่าความทนทานที่แน่นหนาของอุปกรณ์ช่วยให้สามารถใช้สวิตช์ไฟที่มีขนาดเล็กลงได้ ในขณะเดียวกันก็ปรับปรุงการป้องกันกระแสเกินด้วย
อุปกรณ์นี้ไม่จำเป็นต้องใช้ออปโตคัปเปลอร์ภายนอก ซึ่งปกติแล้วจะใช้ในระบบ flybacks และระบบ push-pull เพื่อให้ได้ความแม่นยำสูงมาก Lambouses กล่าว สิ่งนี้ยังช่วยขจัดข้อ จำกัด ด้านความน่าเชื่อถือและอุณหภูมิของออปโตคัปเปลอร์ในการออกแบบอีกด้วย เขากล่าว
ความแม่นยำที่ควบคุม 1% นั้นยอดเยี่ยมสำหรับ IGBT Manack กล่าว "แต่มันเป็นสิ่งสำคัญสำหรับอุปกรณ์ Wide-bandgap - SiC หรือ GaN - ที่มีความไวของเกตมากกว่าและการเปลี่ยนแปลง RDS (on) ที่มากขึ้นตามหน้าที่ของแรงดันเกต"
UCC14240-Q1 มีคุณสมบัติอื่นๆ เช่น การป้องกันบนชิป รวมถึงการตรวจสอบข้อผิดพลาด ตลอดจนการป้องกันกระแสไฟเกิน กำลังเกิน และการป้องกันอุณหภูมิเกิน มีการแยก 3-kVrms ที่ผ่านการรับรองโดยบุคคลที่สามและได้รับการกล่าวขานว่าให้การป้องกันการสั่นสะเทือนที่ดีที่สุดในอุตสาหกรรมเนื่องจากมีน้ำหนักเบาเป็นพิเศษและสูง 3.55 มม.
UCC14240-Q1 ในรูปแบบ 36 พิน 12.8 × 10.3 × 3.55 มม. ย่อขนาดย่อส่วน มีจำหน่ายในปริมาณก่อนการผลิตจาก TI ราคาเริ่มต้นที่ $4.20 ในปริมาณ 1,000. คณะกรรมการประเมินผล UCC14240Q1EVM-052 มีอยู่ใน TI.com ในราคา $59
TI กำลังสาธิต UCC14240-Q1 ที่ TI Live! งานเสมือน Tech Exchange วันที่ 27-29 กันยายน พ.ศ. 2021
เกี่ยวกับ Texas Instruments