新能源汽车电气隔离技术应用在哪里?
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发布时间：2022-04-23 09:33
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时间：2023-10-09 15:42
对于熟悉传统发动机的人来说，纯电动汽车（EV）的引擎盖下面是一番神奇的景象。当然，主要区别在于纯电动汽车没有内燃机（ICE,InternalCombusTIonEngine），而是可能装有电力牵引逆变器。逆变器通常具有相同的尺寸，并且其安装方式类似于传统的发动机。其他系统看起来就不那么熟悉了，但是你很可能辨识出12V电池这个变化不大的组件。
在非电动汽车（non-EV）中，需要12V系统为启动马达供电，该启动马达提供内燃机的初始旋转以启动四冲程燃烧循环。鉴于电动汽车不需要启动马达，因此如果发现电动汽车装有12V电池会让*为惊讶。但是，大多数电动汽车的电气系统仍以12V电压运行。在没有内燃机或交流发电机的情况下，必须使用高压牵引电池为12V系统完全供电。
这提出了一个有趣的设计要求。牵引逆变器系统很可能在800V左右的DC电压下运行。这个高DC电压会转换为AC，以驱动牵引电机。但是，电动汽车中的牵引电池并不是通过简单地串联多个12V电池去产生800V电压，它是一个密封的单元。该高压系统的加入及其在车辆中的作用意味着12V系统现在通常被当作辅助系统。它为牵引系统（包括牵引控制系统）的所有辅助设备提供动力。
现在，主高压电池负责为12V辅助系统供电，以使电池保持荷电状态。出于安全考虑，操作时需要在两个电压域之间保持电气隔离。
隔离至关重要
典型的电动汽车有许多功能单位，包括牵引逆变器、温度控制和加热系统以及车载充电器。这些系统在完全不同的电压水平下运行，必须进行电气隔离。电气隔离可防止电流在不同电压域之间流动，同时仍支持数据传输和电能流动。
从历史上看，用于数据传输的电气隔离是通过光学技术，借助LED源和光电二极管接收器实现的。但是，汽车市场尤其是电动汽车市场的需求，刺激了数字隔离技术的开发和应用。
辅助电源
辅助电源系统通常由专用模块控制，该模块称为辅助电源模块（APM,AuxiliaryPowerMole）。这实际上是一个DC-DC转换器，它将牵引电池和转换器的高压（HV）转换为低压（LV）。该低压总线为辅助系统供电并为12V电池充电。最初，这似乎是一个相对简单的功能，但是对电气隔离的需求却带来了额外的复杂性。
许多DC-DC转换器拓扑都使用变压器在同一步骤中提供降压和电气隔离。虽然这是隔离高压和低压电路的有效方法，但确实需要额外的转换步骤才能利用变压器。具体而言，需要将高压从DC转换为AC，然后将低压从AC转换回DC。下图中的电路图显示了通用的全桥实现。
图1APM的电路图
全桥将DC电压转换为AC电压，因此它可以激励绝缘变压器的初级侧，并在次级侧感应出电流。然后需要将次级侧AC电压转换回DC电压。为了使用较小的磁性元件并减小最终解决方案的尺寸和重量，许多系统使用100kHz或更高的开关频率。
图1的示例在变压器的初级（HV）侧使用一个全桥，在次级（LV）侧使用一个全桥同步整流器。高压侧开关的选择将基于成本与效率之间的关系，通常会使用IGBT，但较新的APM可能会使用碳化硅（SiC）MOSFET来实现最高效率。
无论采用哪种开关技术，隔离栅极驱动器都起着至关重要的作用。数字隔离栅极驱动器利用CMOS技术来创建器件本身和隔离栅。图3显示了Si8239x隔离栅极驱动器中单个通道的框图，该驱动器使用射频载波穿过隔离栅传递信息。这种数字隔离技术提供了强大的隔离数据路径，该路径易于和其他CMOS技术（如栅极驱动器）集成。
图2SiliconLabs的汽车级Si8239x隔离栅极驱动器系列的单向状态
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时间：2023-10-09 15:43
