車載電源轉(zhuǎn)換器

由于電子元件提供了更高的可靠性，使OEM能夠?qū)崿F(xiàn)綠色能源目標(biāo)，汽車電氣化持續(xù)增加。最顯著的變化是在傳統(tǒng)的12V平臺(tái)上增加了高壓、高功率電池，這些高電壓、高功率電池在300V 上，堆積物測(cè)試成本和風(fēng)險(xiǎn)也變得更高的，因此需要一個(gè)新的測(cè)試范例來(lái)解決這些車輛的高壓、高功率環(huán)境。

對(duì)電力轉(zhuǎn)換的需求

電池是電動(dòng)汽車的心臟。它的電壓和功率必須是高的，以提供給電動(dòng)汽車更長(zhǎng)的續(xù)航時(shí)間所需的持久能量。電源轉(zhuǎn)換器是必要的，從電池中獲取高壓直流，并將其轉(zhuǎn)換成不同的電壓和電流，以驅(qū)動(dòng)的不同系統(tǒng)，如圖所示。

然而，并不是所有的系統(tǒng)都與電池的電壓相同。汽車前燈、信息娛樂(lè)和駕駛輔助系統(tǒng)可以在12V直流電壓下運(yùn)行，而加熱、電動(dòng)/液壓動(dòng)力轉(zhuǎn)向(EPS/EHPS)和軋輥的穩(wěn)定運(yùn)行需要48V直流電壓。

車載充電器(OBC)是一種交流/直流系統(tǒng)，可以在高壓電網(wǎng)中對(duì)電池進(jìn)行充電，它能將交流電從電網(wǎng)轉(zhuǎn)換為電池所需要的直流電源。車輛中也有交流元件和負(fù)載，如電機(jī)和發(fā)電機(jī)，電池的直流電源被轉(zhuǎn)換成交流電來(lái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)。同樣，再生制動(dòng)產(chǎn)生的交流電源轉(zhuǎn)換成直流電源，儲(chǔ)存在電池中。

為什么高功率轉(zhuǎn)換效率很重要

功率轉(zhuǎn)換效率評(píng)估一種電力形式向另一種形式轉(zhuǎn)換的效果如何。效率的測(cè)量方法是將瓦特的輸出功率除以瓦特的輸入功率，并以百分?jǐn)?shù)表示，功率轉(zhuǎn)換器的效率通常超過(guò)90%。

功率轉(zhuǎn)換過(guò)程效率越高，浪費(fèi)的功率就越小。使功率轉(zhuǎn)換效率最大化是重要的，因?yàn)槔速M(fèi)的電力的成本是高昂的。高功率的轉(zhuǎn)換效率使電動(dòng)汽車能源消耗的更少，不需要頻繁的充電，能行駛更長(zhǎng)的距離，變得更環(huán)保。

隨著汽車電氣化技術(shù)的普及，電動(dòng)汽車市場(chǎng)的快速發(fā)展正驅(qū)動(dòng)著對(duì)更高效率功率轉(zhuǎn)換技術(shù)的需求。這些開(kāi)發(fā)有助于正確地度量和管理電動(dòng)汽車的功耗。準(zhǔn)確的功率轉(zhuǎn)換測(cè)量是降低能耗、提高功率轉(zhuǎn)換效率的關(guān)鍵。

電源轉(zhuǎn)換器的測(cè)試挑戰(zhàn)

先進(jìn)的寬帶隙半導(dǎo)體，如碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)，能夠以進(jìn)行高電壓和高功率操作。與任何新技術(shù)一樣，電源轉(zhuǎn)化器也有新的挑戰(zhàn)要解決。工程師需要考慮高壓、高功率設(shè)計(jì)和測(cè)試的影響，以使成本最小化，符合安全規(guī)則，避免電路故障、電磁干擾(EMI)、熱問(wèn)題等等。

適用于高電壓和高功率的測(cè)試設(shè)備比低功率設(shè)備貴很多倍，運(yùn)營(yíng)費(fèi)用將會(huì)增加，因?yàn)橐粋€(gè)10kW的電源消耗的電量是1kW的10倍。所有這些能量將產(chǎn)生大量的熱量，需要被消耗掉。冷卻系統(tǒng)有助于減少熱量，但增加了排放的成本。為了遵守高電壓安全規(guī)則，需要考慮安全斷開(kāi)系統(tǒng)。如果要在全世界部署這些系統(tǒng)，支持和維護(hù)計(jì)劃將變得更加復(fù)雜，所有這些都導(dǎo)致了高成本。

HEV/EV中的功率轉(zhuǎn)換器具有雙向能量流。測(cè)試雙向和再生能源系統(tǒng)和設(shè)備需要一個(gè)兩象限的解決方案，就像電池一樣。在設(shè)計(jì)和測(cè)試環(huán)境中，電池不是一種有效的測(cè)試工具，因?yàn)槟悴荒軐㈦妷夯蚱渌匦栽O(shè)置為你需要的來(lái)做特定測(cè)試。

測(cè)試電力轉(zhuǎn)換器的新方法應(yīng)該解決測(cè)試的挑戰(zhàn)和消除通用測(cè)試方法的缺點(diǎn)。一個(gè)例子是1003A電源轉(zhuǎn)換器測(cè)試解決方案，它是測(cè)試HEV/EV電源轉(zhuǎn)換器(如OBC)的理想方案，如圖2所示。EV1003A由三種儀器組成：RP7900系列再生電力系統(tǒng)，它取代了電池在測(cè)試裝置中的位置；PA2200系列集成功率分析儀，進(jìn)行功率測(cè)量；SD1000安全斷開(kāi)解決方案，處理故障和確保輸出安全。

高電壓、高功率的電池仿真器

EV1003A擴(kuò)展了功率曲線，使用戶在一個(gè)電源中有更多的電壓和電流組合。當(dāng)需要更多的能量時(shí)，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的并行連接創(chuàng)建一個(gè)高達(dá)150kW的系統(tǒng)。EV1003A解決方案的核心是RP7900。它為汽車電氣化測(cè)試提供了電池仿真能力，如兩象限操作和可編程輸出電阻。例如，RP7900可以作為一種源動(dòng)力來(lái)測(cè)試車輛的系統(tǒng)和接收器功率，以測(cè)試車輛的車載充電系統(tǒng)和再生制動(dòng)。與一般方法相比，直流精度和動(dòng)態(tài)性能得到了優(yōu)化。所有電流都有一個(gè)測(cè)量系統(tǒng)，大大提高了測(cè)量性能。

節(jié)約成本和“綠色”清潔再生

RP7900的再生能力也使消耗的能量返回到電網(wǎng)中，電力的成本降低了85%以上。該集成功率分析儀使測(cè)試的交流和直流功率測(cè)量變得更簡(jiǎn)單，它可以測(cè)量任何車輛的功率轉(zhuǎn)換器，例如車載充電器的交直流功率轉(zhuǎn)換效率。

維護(hù)測(cè)試人員和設(shè)備

安全斷開(kāi)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專門用于RP7900系列。在對(duì)故障的響應(yīng)中，安全斷開(kāi)將在不到15毫秒內(nèi)消除輸出電壓。故障可由RP7900或用戶通過(guò)緊急開(kāi)關(guān)產(chǎn)生，它也符合EMC和安全法規(guī)。

設(shè)計(jì)了一個(gè)解決方案，專門解決市場(chǎng)面臨的安全、監(jiān)管和環(huán)境問(wèn)題。這個(gè)解決方案是唯一的商業(yè)的再生電力系統(tǒng)，具有高度集成的安全特性，保護(hù)測(cè)試人員和測(cè)試設(shè)備。再生能力使消耗的能量能夠干凈利落地返回到電網(wǎng)中，節(jié)省能源消耗和冷卻的成本，同時(shí)不影響電網(wǎng)。解決方案和全球范圍的支持讓用戶有信心部署高電壓、高功率的解決方案，以滿足市場(chǎng)的快速、高速增長(zhǎng)的需求。

車載電源轉(zhuǎn)換器電路圖

汽車點(diǎn)煙器獲取的電壓是12的直流電壓，一般的12V低壓電器可直接使用。但有些CD、MP3、MP4等卻需要不同的電源電壓，如3V、6V等等。下面簡(jiǎn)單轉(zhuǎn)換器可解決這一問(wèn)題。

電路圖如上所示，12V電源從車載點(diǎn)煙器插孔取出，經(jīng)二刀六位波段開(kāi)關(guān)之一SW1A送入可調(diào)三端穩(wěn)壓器LM317的輸入腳，LM317的調(diào)整腳(ADJ)經(jīng)SW1B接入不同阻值的電阻到電源負(fù)端。當(dāng)SW1在不同檔位時(shí)，就可在輸出端獲得1.5V、3.0V、5.0V、6.0V、9.0V、12V幾種電壓，供相應(yīng)的低壓電器使用。LM317應(yīng)安裝在鋁散熱器(100×100×25mm)上，主要是因?yàn)樵?.5V檔時(shí)發(fā)熱量較大。整個(gè)電路裝入適當(dāng)?shù)男『兄校姘迳现辉O(shè)波段開(kāi)關(guān)即可。

圖中R2~R6是輸出電壓設(shè)定電阻，若需其它等級(jí)電壓，可按下式計(jì)算：

VOUT=(1+R2/R1)VREF+IADJ≌(1+R2/R1)VREF

式中VREF為基準(zhǔn)電壓，典型值1.25V，IADJ為ADJ腳流出電流，典型值50μA，R2代表圖中R2~R6之一。

圖中C1、C2為防振電容，C3可提高紋波除去率和電路穩(wěn)定性，D1為輸出短路保護(hù)二極管，D2防止輸出端出現(xiàn)高于輸入端電位時(shí)對(duì)穩(wěn)壓器的損害。

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