辽宁快乐12开奖直播现场:通過12 V至12 V雙向DC/DC控制器實現汽車雙電池冗余

2019-05-23 12:43:47 來源:Bruce Haug,
背景知識
 
種種跡象表明,自動駕駛汽車的革命性發展即將全面來臨。汽車公司正在與Google和Uber等科技巨頭以及知名創業公司合作開發新一代自動駕駛汽車,這些汽車技術將改變我們的城市道路和高速公路,為未來的智慧城市奠定基礎。他們將利用機器學習、物聯網(IoT)和云技術等加速這一發展。
更重要的是,自動駕駛汽車將繼續推動已經由Uber和Lyft等共享出行服務商發起的行業變革。各類技術匯集在一起,將創造一個由智能無人駕駛車輛組成未來交通的世界。
 
最終,所有自動駕駛汽車都將通過集成傳感器、攝像頭、雷達、高性能GPS、光探測和測距(激光雷達)、人工智能(AI)和機器學習,以實現一定程度的自治。而其與安全和可擴展的物聯網、數據管理和云解決方案的連接也很重要,因為它們為收集、管理和分析傳感器數據提供了具有彈性和高性能的基礎。
從環境效益到安全性的提升,車聯網的興起都具有深遠的社會影響。路上汽車的減少也意味著減少了溫室氣體排放,從而降低了能耗并改善了空氣質量。
 
對于自動駕駛汽車和智能道路系統而言,端點遙測、智能軟件和云技術都是不可或缺的。自動駕駛汽車中的車載攝像頭和各類傳感器收集大量數據,同時這些數據必須得到實時的處理以使車輛行駛在正確的車道上,并安全地駛向目的地。
 
基于云技術的網絡和連接也是這一系統的重要組成部分。自動駕駛汽車將配備支持車輛間通信的車載系統,允許它們從道路上的其他車輛中學習,以便根據天氣變化以及路況變化(諸如彎路和路上雜物等)進行調整。先進的算法和深度學習系統是確保自動駕駛汽車能夠快速且自動適應各種場景變化的關鍵。
 
除特定組件(例如云計算基礎架構的可擴展性和智能數據管理)之外,還需要包括供電電源在內的關鍵任務系統的冗余。之前已經發布的冗余電池冗余解決方案,如LTC3871,可工作在兩個具有不同額定電壓的電池系統間,例如48 V鋰離子電池和12 V鉛酸電池。但是大多數現有的解決方案都沒能為相同電壓的電池提供冗余,例如兩個12 V、24 V或48 V電池,至少到目前為止是這樣。
 
顯然,一個可以在兩個12 V電池之間工作的雙向降壓-升壓DC/DC轉換器是需要的。這種DC/DC轉換器可用于為其中任何一個電池充電,也可以讓兩個電池同時為同一個負載供電。此外,如果兩個電池中的任何一個發生故障,則需要能夠檢測到該故障并將其與另一個電池隔離,以便可以繼續為負載供電而不會造成中斷。ADI公司最近發布的LT8708雙向DC/DC控制器,可以連接兩個具有相同電壓的電池,從而解決了這一關鍵問題。
 
單通道雙向控制IC解決方案
 
LT8708是一款效率高達98%的雙向降壓-升壓開關電源控制器,可在兩個電壓相同的電池之間工作,非常適合用于實現自動駕駛汽車的電池冗余。同時它可以在輸入電壓高于、低于或等于輸出電壓的的情況下工作,非常適合用于電動和混動汽車中常見的兩個12 V、24 V或48 V電池系統。LT8708工作在兩個電池系統之間,即便其中一個電池發生故障,也可以防止系統關閉。LT8708還可以用于48 V/12 V和48 V/24 V雙電池系統。
 
LT8708采用單電感,當工作的輸入電壓范圍為2.8 V至80 V,輸出電壓范圍為1.3 V至80 V時,根據所選的外圍器件和主電路相數的不同,可提供高達數千瓦的轉換功率。它簡化了在對VOUT、VIN和/或IOUT、IIN進行正向或反向調節時,電池/電容備份系統的雙向功率變換。LT8708具有六種獨立的調節模式,可適用于多種不同的應用。
 
LT8708-1與LT8708并聯使用,可以加大轉換功率和相數。LT8708-1始終作為主機LT8708的從機工作,可以錯相設置時鐘,并且能夠提供與主機相當的轉換功率。一個主機最多可同時連接12個從機,從而增加系統的功率和電流變換能力。
 
轉換器輸入端和輸出端的正向和反向電流可以進行監測和限制,通過四個電阻可以獨立設置所有四個限流(正向輸入、反向輸入、正向輸出和反向輸出)。與方向設置(DIR)引腳相結合,LT8708可配置為處理VIN至VOUT或VOUT至VIN的功率,非常適合于汽車、太陽能、電信和電池供電系統。
LT8708采用5 mm × 8 mm、40引腳QFN封裝,有三種溫度等級可供選擇,包括適用于–40°C至+125°C工作范圍的擴展和工業等級以及–40°C至+150°C高溫工作范圍的汽車等級。圖1顯示了簡化的LT8708框圖。
 
完整的解決方案
 
圖2中的框圖顯示了在汽車應用中完成雙電池冗余電路設計所需的其他部件。如圖所示,LT8708與兩個LT8708-1一起構成三相解決方案,可在任一方向提供高達60 A的轉換電流。通過添加額外的LT8708-1器件,可以實現12相及以上的大功率應用。AD8417是一款雙向電流檢測放大器,用于檢測流入和流出電池的電流。當檢測電流超過預設值時,LTC7001高邊NMOS靜態開關驅動器會打開背靠背MOSFET,將電池與電路隔離。
 
LTC6810-2監測并控制鋰離子電池。它可精確測量電池單元,并保證總測量誤差小于1.8 mV。將多個LTC6810-2并聯連接到主處理器可以為監控電路中的其他電壓創建額外的冗余。LTC6810-2具有isoSPI™接口,可用于高速、RF抗擾、遠距離通信,并支持雙向操作。LTC6810-2還支持通過PWM占空比控制每個單元的被動式平衡和電池的測量冗余。
 
控制概述
 
LT8708支持輸出電壓高于、低于或等于輸入電壓時的功率變換,具有在輸入和輸出端進行雙向電流的監控和調節功能。ADI享有專利的控制架構允許在降壓、升壓或降壓-升壓工作區域采用電感內阻進行電流檢測電阻。電感電流由VC引腳上的電壓控制,該電壓是六個內部誤差放大器EA1至EA6的組合輸出。這些放大器可用于限制或調節對應的電壓或電流,如表1所示。

放大器名稱 引腳名稱 定義
EA1 IMON_INN 負IIN
EA2 IMON_ON 負IOUT
EA3 FBIN VIN電壓
EA4 FBOUT VOUT電壓
EA5 IMON_INP 正IIN
EA6 IMON_OP 正IOUT
 
VC電壓的最小-最大范圍典型值為1.2V。VC電壓最大值控制最大正向電感電流,從而控制從VIN流向VOUT的最大功率。VC電壓最小值控制最大反向電感電流,從而控制從VOUT流向VIN的最大功率。
簡單示例VOUT的調節過程,FBOUT引腳接收VOUT電壓反饋信號,通過EA4將其與內部基準電壓進行比較。較低的VOUT電壓會升高VC,因此有更多電流流入VOUT。相反,較高的VOUT電壓會降低VC,從而減少流入VOUT的電流,甚至從VOUT吸收電流和功率。

圖1.LT8708簡化雙向雙12 V電池系統應用原理圖。

 



圖2.完整的雙電池冗余解決方案系統框圖。


如前所述,LT8708具有在輸入和輸出端提供雙向電流調節的功能。VOUT電流可以實現正向和反向(分別為EA6和EA2)調節或限制, VIN電流也可以實現正向和反向(分別為EA5和EA1)調節或限制。
在一些常見應用中,VOUT可能通過EA4進行調節,其余誤差放大器則用于監控輸入或輸出過流或輸入欠壓的情況。在其他一些應用中(如電池備份系統),連接到VOUT的電池可能會以恒定電流(EA6)充電到最大電壓(EA4),也可能反向,這時通過另一些誤差放大器向VIN回饋能量以調節VIN并限制最大電流。有關此主題的更多信息,請參見LT8708數據手冊。
 
結論
 
LT8708-1為相同電壓雙電池的汽車DC/DC系統帶來了更高級別的性能、控制和設計簡化。無論是將其用于兩個電源之間的能量轉移以實現冗余,還是用于關鍵場合的備用電源,LT8708都可以工作在兩個具有相同電壓的電池或超級電容之間。這一功能為汽車系統工程師在發展汽車電子技術的進程中鋪平道路,使汽車更安全、更高效。

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