車載

電気自動車の主 DC-DC コンバータ

高電力、高効率の DC-DC コンバータの業界最先端の絶縁

概要

電気自動車用電力変換

このメイン DC-DC コンバータは、搭載された 200~800V の高圧電池からの直流電力を、ヘッドライト、室内灯、ワイパー、窓用モーター、ファン、ポンプ、電気自動車(EV)やハイブリッド電気自動車(HEV)内のその他の多くのシステムに電力を供給するための低直流電圧(48Vまたは12V)に変換します。この高電圧から低電圧(HV-LV)DC-DC コンバータは、しばしば補助 DC-DC または補助パワーモジュール(APM)と呼ばれます。高電圧ドメインから制御システムを分離するのに、絶縁は極めて重要です。

設計に関する考慮事項

絶縁が補助電源モジュールで極めて重要な理由

APM は、中程度から重度の負荷がある場合2 から 3 kW 範囲、そして予想効率が 92-95% 範囲にある可能性があります。低電圧側のリターン/接地は通常、車両のシャーシに接続されており、安全性だけでなく、LV コントローラーの保護のためにも、LV 側と HV 側との間にガルバニック絶縁が必要です。コンバータの HV 入力および LV 出力の間の絶縁は、変圧器を使用して達成されます。変圧器の磁気サイズを最小限に抑えるために、スイッチング周波数を比較的高く(100 kHz など)することができます。

ハイブリッド電気自動車(HEV)のような一部のアプリケーションでは、DC-DC は 12 V ドメインから 48 V または HV ドメインへの電力をブーストするためにリバースで運転ができ、起動のアシストや電力のバックアップを提供します。

描かれている APM では、変圧器の高電圧の一次側にフルブリッジを使用し、変圧器の低電圧の二次側にフルブリッジ同期整流器を使用しています。多くの場合、HV スイッチは高速 IGBT(図に示されている)または高電圧炭化ケイ素(SiC)MOSFET として実装されており、トランスの一次側の HV スイッチには、絶縁型ゲート・ドライバが必要です。これらのスイッチのためのゲートドライブは例えば Si8239xSi823x*Si823HxSi827xSi828x などのような絶縁型ゲート・ドライバを使用します。最新の DC-DC コンバータは、SiC MOSFET を使って実装され、電力密度を増大し、サイズを小型化します。

このコンバータは、高電圧ドメインから低電圧ドメインにのみエネルギーを供給する単一方向型でも、双方向型でも構いません。単一方向型 DC-DC では LV 側のスイッチの代わりにダイオードを使用できますが、双方向型モジュールではスイッチが必要です。ただし、低電圧スイッチのゲート・ドライバは、通常、絶縁する必要はありません。

また、APM コントローラは、コンバータの入力電圧と出力電圧を検出して、クローズドループ制御を提供する必要があります。Si8931 絶縁型電圧センサーはこの目的に適しています。

システム全体は、CAN(図の「Comm」)のような車載バスを介してモニターおよび制御できます。CANは、Si86xx のようなデジタル・アイソレータと Si88xx のような統合型 DC-DC 電力コンバータを持つデジタル・アイソレータで絶縁されています。

ブロック図
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リソース

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