德州儀器混合動力/純電動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)勢節(jié)能設(shè)計迅速占領(lǐng)市場。TI 提供負(fù)載點 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功耗要求。作為節(jié)能環(huán)保的新能源汽車-混合動力汽車/純電動汽車。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在混合動力汽車/純電動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)計注意事項

對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控制型交通工具的人們而言，電動自行車正日益成為他們的熱門首選。在電池與電機技術(shù)得到迅速發(fā)展的同時，電動自行車的速度和行程也正在不斷提高。電動自行車可以使用基于預(yù)期成本和設(shè)計復(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、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)字信號處理器則可用于具有更多功能的復(fù)雜系統(tǒng)。

電機：

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

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：

提供運行功能塊所需的電源并監(jiān)視電池活動。對于低端電動自行車而言，具有比較器和分立器件的主機控制器可用于管理鉛酸電池。而更為復(fù)雜的電動自行車則采用能提供電池保護(hù)、監(jiān)控和電量監(jiān)測的特定 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 級和 2 級充電器方框圖 （SBD），使用 TI 數(shù)字功率控制器、通信設(shè)備、高性能驅(qū)動器和接口器件。

設(shè)計注意事項

插入式混合電動車 （PHEV） 和電池電動車 （BEV） 是兩項快速興起的技術(shù)，可使用功能強大的電機和高電壓電池組作為動力和能量來源。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。對于大多數(shù)用戶，1 級充電（15A-20A 時為 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 級充電（40A 時為 240 VAC）。相比 1 級充電，2 級充電的充電時間更短，但需要更大的電源來供應(yīng)相應(yīng)的電流和電壓。通過能夠同時利用這兩種充電，您在充電選項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 級和 2 級充電系統(tǒng)包含一個 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)。反向器的核心是實時 C2000 微處理器。此控制器被編程為執(zhí)行控制環(huán)路以實現(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 并在單個時鐘周期內(nèi)調(diào)節(jié) PWM，從而實現(xiàn)實時控制。

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） 隔離勢壘進(jìn)行隔離。當(dāng)與隔離電源配合使用時，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)動器、傳感器反饋、芯片電源和通信收發(fā)器。

1 級和 2 級板載充電系統(tǒng)的通信特定于應(yīng)用。它取決于消費者是否需要此類系統(tǒng)來連接到電網(wǎng)。1 級充電在公共領(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)公司之間實現(xiàn)直接通信。這兩種充電級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，通過 PLC 或無線協(xié)議用于個人用途。其他通信選項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優(yōu)勢。

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

設(shè)計注意事項

插入式混合電動車 （PHEV） 和電池電動車 （BEV） 是兩項快速興起的技術(shù)，可使用功能強大的電機和高電壓電池組作為動力來源。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，一些通信形式（PLC、無線或 RFID）可用于管理充電活動，并幫助識別和驗證汽車或被所有者用于計費用途。3 級充電將在公共充電領(lǐng)域發(fā)揮重要作用，以便縮短充電時間，并使用戶能夠獲益于移動充電。

用于這些汽車的 3 級充電系統(tǒng)包含一個 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)。反向器的核心是實時 C2000 微處理器。此控制器被編程為執(zhí)行控制環(huán)路以實現(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 并在單個時鐘周期內(nèi)調(diào)節(jié) PWM，從而實現(xiàn)實時控制。

盡管 C2000 管理電源，但主機控制器將負(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） 隔離勢壘進(jìn)行隔離，可提供 4kV 隔離。當(dāng)與隔離電源配合使用時，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)動器、傳感器反饋、芯片電源和通信收發(fā)器。

單個系統(tǒng)上的通信可由單個處理器處理。具有復(fù)雜顯示和在線計費/報告的更精密的系統(tǒng)（例如 3 級充電）可能還需要一個控制器。實施低頻窄帶 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）運行可確保數(shù)據(jù)完整性，同時可將系統(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 庫提供，讓開發(fā)人員可以在一個獨特設(shè)計中支持多種調(diào)制和標(biāo)準(zhǔn)。開發(fā)人員可實施 SFSK IEC61334、PRIME 和 G3 標(biāo)準(zhǔn)，將 FlexOFDM 用于定制 OFDM 實施，還可以針對未來的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行升級。有關(guān)詳細(xì)信息，請訪問我們的 PLC 應(yīng)用頁面。此外，還可能需要無線通信和/或 RFID 作為第二個通信協(xié)議及識別與計費的方式。