面向新興微混合動力應(yīng)用的先進電力電子解決方案
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雙電池技術(shù)的典型系統(tǒng)框圖如圖2所示。ICE運行時，電源開關(guān)Q1保持接通狀態(tài)，這樣負載就完全由主電池(Vbat)以及交流發(fā)電機供電。停車時，ICE關(guān)閉，只有Vbat為負載供電。引擎重新啟動時，主電源Vbat還需要為啟動電機提供高達1,000A的大瞬態(tài)電流，這會導(dǎo)致Vbat終端處的瞬態(tài)電壓降至6V。為了防止電力電子電路由于電池發(fā)生瞬態(tài)事件而關(guān)閉，控制器會向Q1發(fā)送一個關(guān)閉信號，以便斷開Vbat與負載的連接。同時，輔助電池(Vaux)會為負載供電，并保持電池電壓。引擎成功重啟且交流發(fā)電機重新開始工作之后，Q1接通，系統(tǒng)回到車輛運行模式。電源開關(guān)Q1和控制器還是電池反接保護電路的一部分。如果Vbat反接，Q1就會保持關(guān)閉狀態(tài)，因為控制器沒有發(fā)出信號 - 它通過終止反向電流路徑來保護負載上的電路。
圖2：微混合動力系統(tǒng)采用的雙電池開關(guān)技術(shù)的系統(tǒng)框圖。
另一種方法的配置類似，但是采用DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器，而不是輔助電池，如圖3所示。引擎重新啟動時，旁路開關(guān)Q1會將主電池(Vbat)與負載斷開，DC/DC轉(zhuǎn)換器在啟動過程中為負載提供升壓。DC/DC升壓轉(zhuǎn)換器由1個電感、2個電源開關(guān)(Q2和Q3)和1個輸出電容組成。Q2接通時，所有能量均儲存在電感處 - 在此期間Q3斷開，然后在Q2斷開的時候，電感通過Q3將能量傳遞給負載。Q2的占空比取決于主電源上的電壓和負載終端上的電壓。PWM控制器在連續(xù)導(dǎo)通模式下控制這種同步DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器以保持Vload。
圖3：微混合動力系統(tǒng)采用的DC-DC升壓轉(zhuǎn)換器拓撲的系統(tǒng)框圖。
國際整流器(IR)公司為微混合動力系統(tǒng)提供了汽車級系統(tǒng)解決方案。對于電池開關(guān)，表面貼裝MOSFETAUIRF1324S-7P的最高導(dǎo)通電阻Rds(on)(最大值)低至1mΩ，而輸出電流則高達240A。對于引腳封裝，IR提供了采用傳統(tǒng)TO-262封裝的AUIRF1324L，其最高Rds(on)為1.65mΩ，并且可以利用采用新型WideLead TO-262封裝的產(chǎn)品AUIRF1324WL將最高Rds(on)值降低20%左右。引線越寬意味著在MOSFET源極處安裝內(nèi)部接線的空間越多，從而降低了Rds(on)，改善了封裝內(nèi)的線焊，進而將最大額定漏電流提高了30%左右。24V 1324系列的所有MOSFET均適于電池開關(guān)應(yīng)用。IR還擁有Rds(on)低至1.25mΩ的40V汽車級MOSFET，適于DC/DC轉(zhuǎn)換器應(yīng)用。
IR汽車級高端MOSFET驅(qū)動器AUIR3240S專門為驅(qū)動起止應(yīng)用的電池電源開關(guān)而設(shè)計，如圖4所示。AUIR3240S是一款起止系統(tǒng)專用高集成度升壓轉(zhuǎn)換器，該系統(tǒng)在堵車時幫助汽車暫停引擎運行。該系統(tǒng)需要一個“板網(wǎng)穩(wěn)定器”，通過電源開關(guān)在引擎啟動時將輔助電力系統(tǒng)與起動器和主電池斷開。AUIR3240S可以并行驅(qū)動幾個MOSFET，能夠?qū)崿F(xiàn)極低的導(dǎo)通電阻(Rds(on))和低于50?A的電流消耗。新器件可以提供15V輸出電壓，而且輸入電壓范圍很寬(4~36V)。AUIR3240S 還可以診斷輸出電流，并具備適于穩(wěn)定設(shè)計的熱傳感器接口。
圖4：采用AUIR3240S和AUIRF1324S-7P的雙電池系統(tǒng)解決方案。
微混合動力起止系統(tǒng)的光明前途取決于很多因素——如何降低啟動電壓降、如何將更多的電子器件整合到起動器中、新電池技術(shù)的發(fā)展方向如何……考慮到微混合動力系統(tǒng)的巨大潛力，電力電子供應(yīng)商和汽車制造商一定會找到合適的解決辦法。
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