Texas Instruments (TI) Inc. đã tuyên bố nguồn cung cấp DC/DC cách ly 1.5 W nhỏ nhất và chính xác nhất trong ngành mô-đun với một máy biến áp tích hợp. Bằng cách cung cấp hơn 1.5 W ở nhiệt độ môi trường xung quanh 105°C, UCC14240-Q1Vôn Mô-đun DC/DC có thể cấp nguồn cho các bóng bán dẫn lưỡng cực cổng cách ly (IGBTs) cũng như các công tắc cacbua silic (SiC) và gali nitrit (GaN) ở tần số cao.
Bằng cách tích hợp máy biến áp trong một IC, nó cho phép giảm kích thước, trọng lượng và chiều cao của hệ thống điện. UCC14240-Q1 sử dụng máy biến áp tích hợp độc quyền công nghệ có thể thu nhỏ các giải pháp năng lượng tới 50%, theo TI. Điều này cũng có nghĩa là chi phí thấp hơn cho các ứng dụng môi trường điện áp cao như xe điện (EV) và hệ thống truyền động hybrid EV, hệ thống truyền động động cơ và bộ biến tần nối lưới.
(Nguồn: Texas Instruments)
Ryan Manack, giám đốc hệ thống ô tô, Systems Engineering Marketing của TI, cho biết trong một buổi thuyết trình ảo, các sản phẩm của TI đang giải quyết những thách thức trong việc giảm chi phí và cải thiện phạm vi hoạt động của xe điện. “Chúng tôi đang cố gắng tích hợp nhiều nhất có thể ở cấp độ sản phẩm và cấp độ hệ thống, nơi chúng tôi có các công nghệ cho phép tích hợp hệ thống truyền động vào các hệ thống loại hai trong một và ba trong một với bộ sạc tích hợp, bộ biến tần , Bộ chuyển đổi DC sang DC, v.v., ”ông nói.
Điều này giúp khách hàng giảm chi phí, đơn giản hóa thiết kế, hợp lý hóa việc tuân thủ chức năng an toàn để đưa ra thị trường nhanh hơn và cải thiện tổng thể độ tin cậy của các hệ thống này, Manack nói. “Sự tích hợp này cũng có thể mở rộng phạm vi ổ đĩa và tăng thêm hiệu quả [của EVs].”
Một trong những mục tiêu của TI là giảm số lượng các bộ phận trong các giải pháp nguồn, bao gồm các thành phần và ở cấp độ kiến trúc và hệ thống. Manack cho biết, điều này giúp đơn giản hóa các thiết kế để làm cho việc tích hợp dễ dàng hơn bằng cách giảm số lượng hộp điện tử phải đi bên trong ô tô.
“Trong khi chúng tôi đang làm điều đó, làm cách nào để chúng tôi đạt được hiệu suất hệ thống 98% và giúp khách hàng phấn đấu đạt hiệu suất 99%, giảm tổn thất, giảm nhiệt, hoạt động hiệu quả hơn, hoạt động ở tần số cao hơn và giảm kích thước của từ tính, sau đó cuối cùng thông qua sự tích hợp này làm tăng độ tin cậy của hệ thống và tối ưu hóa hiệu suất nhiệt, ”ông nói thêm.
Kiến trúc sức mạnh thiên vị
Kiến trúc nguồn phân cực truyền thống được sử dụng trong EV sử dụng một máy biến áp và một bộ điều khiển phân cực duy nhất để tạo ra điện áp phân cực cho tất cả các trình điều khiển cổng. Ngày nay, khách hàng đang chuyển sang các hệ thống kiến trúc phân tán để tận dụng lợi thế xung quanh khả năng dự phòng và độ tin cậy do lo ngại về an toàn và nhu cầu tiết kiệm không gian và trọng lượng
Manack nói: “Câu hỏi đặt ra là 'làm thế nào để bạn thiên vị các trình điều khiển cổng biệt lập trong hệ thống'.
Manack cho biết: “Xu hướng thực sự có nghĩa là làm thế nào để chúng tôi cung cấp năng lượng cho phía thứ cấp của các trình điều khiển cổng cách ly này để điều khiển IGBT hoặc công tắc SiC, hoặc thậm chí là công tắc GaN ở phía điện áp cao để tăng tần số và giảm kích thước”. “Trong các hệ thống cũ, bạn có thể sử dụng một máy biến áp để thiên vị tất cả các trình điều khiển cổng này, nhưng trong các hệ thống ô tô nơi dự phòng là yếu tố then chốt và kích thước và trọng lượng nhỏ là then chốt, chúng tôi thấy nhiều khách hàng chuyển sang kiến trúc nguồn phân tán trong đó mọi cổng biệt lập tài xế có một nguồn cung cấp thiên vị chuyên dụng. ”
Vì vậy, nếu một nguồn cung cấp thiên vị không thành công, các nguồn cung cấp thiên vị khác vẫn hoạt động cùng với các trình điều khiển cổng ghép nối của chúng, giúp cải thiện độ an toàn của xe trên đường, TI cho biết.
Click để xem ảnh rõ hơn. (Nguồn: Texas Instruments)
UCC14240-Q1 được thiết kế để giúp các kỹ sư tận dụng lợi thế của kiến trúc phân tán. TI cho biết, mô-đun công suất đầu ra kép mang lại hiệu suất 60% - gấp đôi so với nguồn cung cấp thiên hướng truyền thống - tăng gấp đôi mật độ công suất và giúp tăng phạm vi lái xe, TI cho biết.
Click để xem ảnh rõ hơn. (Nguồn: Texas Instruments)
Với kích thước nhỏ 12.8 × 10.3 mm và cao 3.55 mm, UCC14240-Q1 cho phép các nhà thiết kế giảm diện tích giải pháp điện năng xuống tới 50%, với nhiều năng lượng hơn chỉ bằng một nửa. Điều này cho phép các nhà sản xuất ô tô đạt được mật độ công suất cao nhất và hiệu suất hệ thống 98%. Một ưu điểm khác của việc giảm chiều cao là tính linh hoạt khi đặt mô-đun ở hai bên của bảng mạch in (PCB).
TI tập trung nhiều vào mật độ công suất, có nghĩa là thu nhỏ kích thước của giải pháp tổng thể và một thành phần “luôn bị mắc kẹt theo nghĩa đen là máy biến áp, được sử dụng làm nguồn cung cấp thiên vị cho các trình điều khiển cổng bị cô lập đó,” Steve Lambouses, phó chủ tịch và tổng giám đốc, điện cao thế tại TI.
Thông qua một công nghệ độc quyền TI đã tích hợp máy biến áp vào UCC14240-Q1, điều này rất kịp thời khi ngành đang hướng tới kiến trúc phân tán, Lambouses cho biết. Ông cho biết thêm, máy biến áp tích hợp cung cấp nguồn điện trong một phạm vi nhiệt độ rộng và duy trì cách ly 3,000 VRMS, so với các kiến trúc di chuyển hoặc push-pull cũ sử dụng máy biến áp truyền thống với cách ly 2,000 VRMS.
[Bộ nguồn phân cực DC / DC cách ly UCC12050 của TI, được giới thiệu vào năm 2020, là vi mạch đầu tiên của TI sử dụng công nghệ biến áp tích hợp.]
UCC14240-Q1 giảm hóa đơn vật liệu từ 26 xuống còn 10 thiết bị sử dụng công nghệ biến áp độc quyền và đây cũng là thiết bị nhỏ nhất và chính xác nhất trong ngành, điều này cũng rất quan trọng vì các công tắc SiC và GaN nhanh hơn, ông nói thêm.
Ngoài việc tích hợp nhiều thành phần bên ngoài trong giải pháp nguồn, UCC14240-Q1 cho phép chuyển đổi tần số cao hơn trong một gói nhỏ hơn.
Truyền điện riêng biệt trong một gói kích thước IC: Kiến trúc kéo đẩy kế thừa với các máy biến áp cồng kềnh có chiều cao 11 mm (trái) và UCC14240-Q1 với một máy biến áp tích hợp trong gói chiều cao 3.55 mm (phải). (Nguồn: Texas Instruments)
Lambouses cho biết, việc chuyển từ kiến trúc flyback hoặc push-pull truyền thống với một máy biến áp lớn sang kiến trúc phân tán với UCC14240-Q1 cho phép khả năng mở rộng và các lợi ích khác như khả năng sử dụng công nghệ chuyển mạch mềm sẽ giảm EMI.
Ông nói, điện dung từ sơ cấp đến thứ cấp 3.5 pf của UCC14240-Q1 thực sự cho phép tạo ra một thuật toán điều khiển hoàn toàn khác bên ngoài chip và chuyển sang sơ đồ điều khiển chuyển mạch mềm, ông nói. UCC14240-Q1 có thể giảm thiểu EMI do chuyển mạch tốc độ cao và đạt được hiệu suất miễn nhiễm thoáng qua chế độ chung (CMTI) hơn 150 V / ns.
Mô-đun DC / DC cũng cho phép tuân thủ dễ dàng hơn các tiêu chuẩn tương thích điện từ của Comité International Spécial des Perturbations Radioélectriques (CISPR) 25 và CISPR 32, do các tính năng như chuyển mạch mềm, điều chế trải phổ, che chắn và ký sinh trùng thấp.
UCC14240-Q1 cũng được tích hợp điều khiển vòng kín với độ chính xác ± 1.0% trong phạm vi nhiệt độ từ -40 ° C đến 150 ° C. Khả năng chịu đựng chặt chẽ của thiết bị cho phép sử dụng các công tắc nguồn nhỏ hơn đồng thời cải thiện khả năng bảo vệ quá dòng, TI cho biết.
Lambouses cho biết, thiết bị giúp loại bỏ sự cần thiết của bộ ghép quang bên ngoài, thường được sử dụng trong các hệ thống flyback và push-pull để đạt được độ chính xác rất cao. Điều này cũng loại bỏ các giới hạn về độ tin cậy và nhiệt độ của optocoupler trong thiết kế, ông nói.
Manack cho biết, độ chính xác được quy định 1% là rất tốt cho các IGBT. “Nhưng điều quan trọng đối với các thiết bị băng thông rộng - SiC hoặc GaN - có độ nhạy cổng cao hơn và nhiều biến thể RDS (bật) hơn như một chức năng của điện áp cổng.”
UCC14240-Q1 bao gồm các tính năng khác như bảo vệ trên chip, bao gồm giám sát lỗi cũng như bảo vệ quá dòng, quá áp và quá nhiệt. Nó cung cấp khả năng cách ly 3 kVrms do bên thứ ba chứng nhận và được cho là mang lại khả năng chống rung tốt nhất trong ngành do trọng lượng cực thấp và chiều cao 3.55 mm.
UCC14240-Q1, trong một gói phác thảo nhỏ thu nhỏ 36 chân, 12.8 × 10.3 × 3.55 mm, có sẵn với số lượng tiền sản xuất từ TI. Giá bắt đầu từ $ 4.20 với số lượng 1,000. Một bảng đánh giá, UCC14240Q1EVM-052, có sẵn trên TI.com với giá 59 đô la.
TI đang trình diễn UCC14240-Q1 tại TI Live! Sự kiện ảo Tech Exchange, ngày 27-29 tháng 2021 năm XNUMX.
về Texas Instruments