德州儀器混合動(dòng)力/純電動(dòng)汽車充電器解決方案

能效 20 多年以來，TI 一直致力于幫助客戶設(shè)計(jì)高性能的電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)品，以便滿足嚴(yán)苛的能效規(guī)格。 TI 能幫助客戶通過優(yōu)勢(shì)節(jié)能設(shè)計(jì)迅速占領(lǐng)市場(chǎng)。TI 提供負(fù)載點(diǎn) DC/DC 轉(zhuǎn)換器、離線電源和數(shù)字電源管理解決方案，通過各種輕載效率改進(jìn)功能幫助客戶滿足低待機(jī)功耗要求。作為節(jié)能環(huán)保的新能源汽車-混合動(dòng)力汽車/純電動(dòng)汽車。TI也一直致力于為客戶提供更加完備和優(yōu)秀的汽車解決方案。在這里電子發(fā)燒友網(wǎng)就為大家?guī)砹薚I在混合動(dòng)力汽車/純電動(dòng)汽車方面的幾種解決方案供大家參考。

德州儀器 （TI） 的 E-Bike 解決方案

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

對(duì)于那些居住在工作單位附近或希望找到取代較昂貴的電機(jī)控制型交通工具的人們而言，電動(dòng)自行車正日益成為他們的熱門首選。在電池與電機(jī)技術(shù)得到迅速發(fā)展的同時(shí)，電動(dòng)自行車的速度和行程也正在不斷提高。電動(dòng)自行車可以使用基于預(yù)期成本和設(shè)計(jì)復(fù)雜性的各種組件。

內(nèi)核子系統(tǒng)包括：

控制器：

通常包括檢測(cè)、A/D 轉(zhuǎn)換和輸出比較組件。超低功耗微控制器可用于低端系統(tǒng)，而 C2000 數(shù)字信號(hào)處理器則可用于具有更多功能的復(fù)雜系統(tǒng)。

電機(jī)：

電動(dòng)自行車通常采用有刷或無刷直流電機(jī)。盡管無刷電機(jī)更加可靠且更為高效，但它會(huì)增加自行車的重量。

電池：

電池類型經(jīng)歷了從鉛酸到鋰離子的發(fā)展過程。鉛酸電池因其低成本的特點(diǎn)而被廣泛使用，但它比鋰電子電池更大、更重，并且不如鋰電子電池環(huán)保。

電源管理：

提供運(yùn)行功能塊所需的電源并監(jiān)視電池活動(dòng)。對(duì)于低端電動(dòng)自行車而言，具有比較器和分立器件的主機(jī)控制器可用于管理鉛酸電池。而更為復(fù)雜的電動(dòng)自行車則采用能提供電池保護(hù)、監(jiān)控和電量監(jiān)測(cè)的特定 IC，以便為用戶提供安全和有關(guān)鋰離子電池的重要信息。

EV HEV 1 級(jí)和 2 級(jí)充電器方框圖 （SBD），使用 TI 數(shù)字功率控制器、通信設(shè)備、高性能驅(qū)動(dòng)器和接口器件。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

插入式混合電動(dòng)車 （PHEV） 和電池電動(dòng)車 （BEV） 是兩項(xiàng)快速興起的技術(shù)，可使用功能強(qiáng)大的電機(jī)和高電壓電池組作為動(dòng)力和能量來源。由于電池的電量有限，PHEV 和 BEV 必須定期再充電，而這通常通過以某種形式連接到電網(wǎng)來進(jìn)行。對(duì)于大多數(shù)用戶，1 級(jí)充電（15A-20A 時(shí)為 120 VAC）將是最可用的電源，由于所有用戶都可輕松接觸板載充電器，因此應(yīng)能夠處理所有板載充電器。在其當(dāng)前狀態(tài)下，多數(shù)用戶喜歡利用更快的 2 級(jí)充電（40A 時(shí)為 240 VAC）。相比 1 級(jí)充電，2 級(jí)充電的充電時(shí)間更短，但需要更大的電源來供應(yīng)相應(yīng)的電流和電壓。通過能夠同時(shí)利用這兩種充電，您在充電選項(xiàng)上為客戶提供了更大的靈活性，以及更多可提供充電的位置。

用于這些汽車的 1 級(jí)和 2 級(jí)充電系統(tǒng)包含一個(gè) AC / DC 轉(zhuǎn)換器，可從 AC 線產(chǎn)生 DC 電壓。這些輸入電源需要經(jīng)過功率因數(shù)校正 （PFC） 來提升功率因數(shù)以符合地區(qū)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。反向器的核心是實(shí)時(shí) C2000 微處理器。此控制器被編程為執(zhí)行控制環(huán)路以實(shí)現(xiàn)所有必需的電源管理功能，包括具有 PFC 的 AC/DC 和 DC/DC 以創(chuàng)建必需的電池充電配置文件。C2000 控制器包含先進(jìn)外設(shè)，例如高精度 PWM 輸出和 ADC，可讀取 ADC 并在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)調(diào)節(jié) PWM，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。

為安全起見，還需要隔離處理器和電流與電壓，以及連接外界的通信總線。TI 數(shù)字隔離器具有邏輯輸入和輸出緩沖器，它由可提供 4kV 隔離的 TI 二氧化硅 （SiO2） 隔離勢(shì)壘進(jìn)行隔離。當(dāng)與隔離電源配合使用時(shí)，這些器件可以阻止高電壓、隔離接地以及防止噪聲電流進(jìn)入本地接地和干擾或損害敏感的電路。高性能模擬部件還可提供重要系統(tǒng)的功能，例如 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器、傳感器反饋、芯片電源和通信收發(fā)器。

1 級(jí)和 2 級(jí)板載充電系統(tǒng)的通信特定于應(yīng)用。它取決于消費(fèi)者是否需要此類系統(tǒng)來連接到電網(wǎng)。1 級(jí)充電在公共領(lǐng)域可能不太常見，而在家用充電領(lǐng)域最廣泛。另一方面，2 級(jí)充電將受益于電力線通信 （PLC） 集成或無線協(xié)議，在充電站和公用事業(yè)公司之間實(shí)現(xiàn)直接通信。這兩種充電級(jí)別都為用戶提供了連接到智能儀表類型應(yīng)用或?qū)?shù)據(jù)記錄到其家庭局域網(wǎng)絡(luò) （HAN） 的選項(xiàng)，通過 PLC 或無線協(xié)議用于個(gè)人用途。其他通信選項(xiàng)為用戶提供更出色的靈活性，以便充分利用插入式汽車的全部?jī)?yōu)勢(shì)。

EV HEV 3 級(jí)充電器方框圖 （SBD），使用 TI 數(shù)字功率控制器、通信設(shè)備、高性能驅(qū)動(dòng)器和接口器件。

設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

插入式混合電動(dòng)車 （PHEV） 和電池電動(dòng)車 （BEV） 是兩項(xiàng)快速興起的技術(shù)，可使用功能強(qiáng)大的電機(jī)和高電壓電池組作為動(dòng)力來源。由于電池的電量有限，PHEV 和 BEV 必須定期再充電，而這通常通過連接到電網(wǎng)來進(jìn)行。在進(jìn)行此操作時(shí)，一些通信形式（PLC、無線或 RFID）可用于管理充電活動(dòng)，并幫助識(shí)別和驗(yàn)證汽車或被所有者用于計(jì)費(fèi)用途。3 級(jí)充電將在公共充電領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，以便縮短充電時(shí)間，并使用戶能夠獲益于移動(dòng)充電。

用于這些汽車的 3 級(jí)充電系統(tǒng)包含一個(gè) AC/DC 轉(zhuǎn)換器，可從 AC 線產(chǎn)生 DC 電壓。這些輸入電源需要經(jīng)過功率因數(shù)校正 （PFC） 來提升功率因數(shù)以符合地區(qū)法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)。反向器的核心是實(shí)時(shí) C2000 微處理器。此控制器被編程為執(zhí)行控制環(huán)路以實(shí)現(xiàn)所有必需的電源管理功能，包括具有 PFC 的 AC/DC 和 DC/DC 以創(chuàng)建必需的電池充電配置文件。C2000 控制器包含先進(jìn)外設(shè)，例如高精度 PWM 輸出和 ADC，可讀取 ADC 并在單個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)調(diào)節(jié) PWM，從而實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)控制。

盡管 C2000 管理電源，但主機(jī)控制器將負(fù)責(zé)使用通信調(diào)制解調(diào)器和溫度傳感提供的信息來驅(qū)動(dòng)顯示屏并與板載電池組直接通信。用于充電配置文件的必要信息將發(fā)送到電源控制器，而重要的充電診斷和電池狀態(tài)將發(fā)送到 3 級(jí)充電系統(tǒng)的顯示屏上。

為安全起見，還需要隔離處理器和電流與電壓，以及連接外界的通信總線。TI 數(shù)字隔離器具有邏輯輸入和輸出緩沖器，這些緩沖器由 TI 的二氧化硅 （SiO2） 隔離勢(shì)壘進(jìn)行隔離，可提供 4kV 隔離。當(dāng)與隔離電源配合使用時(shí)，這些器件可以阻止高電壓、隔離接地以及防止噪聲電流進(jìn)入本地接地和干擾或損害敏感的電路。高性能模擬部件還可提供重要系統(tǒng)的功能，例如 MOSFET 驅(qū)動(dòng)器、傳感器反饋、芯片電源和通信收發(fā)器。

單個(gè)系統(tǒng)上的通信可由單個(gè)處理器處理。具有復(fù)雜顯示和在線計(jì)費(fèi)/報(bào)告的更精密的系統(tǒng)（例如 3 級(jí)充電）可能還需要一個(gè)控制器。實(shí)施低頻窄帶 PLC （LF NB PLC） 解決方案將提供最適合的帶寬、功耗和成本要求。在窄帶域（頻率高達(dá) 500kHz）運(yùn)行可確保數(shù)據(jù)完整性，同時(shí)可將系統(tǒng)成本降到最低。為此，該標(biāo)準(zhǔn)將利用現(xiàn)有電力線基礎(chǔ)設(shè)施，為在新汽車電子系統(tǒng)中集成智能監(jiān)控和控制提供了經(jīng)濟(jì)高效的方式。數(shù)據(jù)速率從 1.2kbps 到數(shù)百 kbps 不等，具體情況取決于現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)。TI 的 PLC 軟件通過 plcSUITE 庫(kù)提供，讓開發(fā)人員可以在一個(gè)獨(dú)特設(shè)計(jì)中支持多種調(diào)制和標(biāo)準(zhǔn)。開發(fā)人員可實(shí)施 SFSK IEC61334、PRIME 和 G3 標(biāo)準(zhǔn)，將 FlexOFDM 用于定制 OFDM 實(shí)施，還可以針對(duì)未來的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行升級(jí)。有關(guān)詳細(xì)信息，請(qǐng)?jiān)L問我們的 PLC 應(yīng)用頁(yè)面。此外，還可能需要無線通信和/或 RFID 作為第二個(gè)通信協(xié)議及識(shí)別與計(jì)費(fèi)的方式。