全球汽车市场当今的销售趋势仍是传统燃油车占比约80%,其余的20%都被包括各类混动汽车和电动汽车在内的新能源汽车所占据,轻混动力汽车是其中最重要的细分市场之一。 事实上,轻混动力平台已经是一个具体的传统汽车架构替代解决方案,因为轻混系统满足了对更大动力储备的需求,同时可以降低动力系统总体成本。轻混系统有以下优势: · 集成了驱动电机,停车后起步加速更快; · 帮助启停系统提高燃油效率; · 涡轮增压系统降低尾气排放; · 在保养维修和发生故障时,比高压总线解决方案更安全 在STPOWER STripFET 80V-100V功率晶体管中,F7系列已经取得AEC-Q101车规产品认证,新的车规产品已进入原型开发阶段。STripFET功率晶体管的开关性能和能效都很出色,鲁棒性足以满足所有车用要求,是解决 48V-12V DC-DC 功率转换器高频辐射抗扰度问题的正确之选。 轻混架构中的 DC-DC转换 在轻混汽车上,DC-DC转换器将48V锂电池储存的部分电能转移到12V铅酸电瓶中,使12V铅酸电池保持充电状态,同时给低功耗负载和信息娱乐系统供电。该转换器还支持电流双向流动,在某些情况下,12V电瓶可以对48V锂电池充电,在汽车抛锚时驱动汽车到达最近的汽修厂。 该转换器的常见技术规格如下: · 降压模式下输出功率为2kW至3.3kW,升压模式下输出功率最高1.5kW; · 输出电流约 250A; · 12V – 14V 输出电压; · 输入电压 24V 到 56V; · 能效高于93%。 图1所示是多相 DC-DC 降压转换器的原理图。 图1:多相 DC-DC 降压转换器的原理图 DC-DC转换器一个电源模块,组件包括: · MOSFET半桥(HB)和栅极驱动器,栅极驱动器带有一个用于电流检测的内部比较器; · 48V锂电池高压安全开关,在发生故障时,保护电驱系统,断开系统与锂电池的连接;该开关通常是由几个80V MOSFET并联而成,该开关要选择裸片尺寸大、低静态漏源导通电阻(RDS(on))和高电流处理能力的开关管; · 低压安全开关,用于断开系统与12V电瓶的连接,是由几个并联支路组成,包括两个背靠背配置的导通电阻(RDS(on))非常低的40V MOSFET开关管; · 控制器,根据负载水平负责各相之间同步、激活和调节,在相转换发生危险时,关闭系统 ; · 为单相过流事件和因电池断开而引起的输出过压现象提供更多保护。 在这种拓扑结构中,上桥臂(HS) MOSFET经过了优化设计,可以提高转换器的开关性能,降低噪声辐射,从而改善转换器在轻负载下的能效,而下桥臂(LS) MOSFET也经过了优化设计,可以最大限度地降低导通损耗,从而提高转换器在高负载时的能效。 因此,48V-12V DC-DC转换器中上下桥臂MOSFET的主要特性可以总结如下: · 漏源击穿电压(BVDSS)在 80V 到 100V之间; · 栅极阈值电压(VGS(th))是标准电压; · 上桥臂MOSFET静态漏源导通电阻(RDS(on))低于7.0mΩ,下桥臂低于3.5mΩ; · 上桥臂MOSFET的总栅极电荷(QG)非常低; · 下桥臂MOSFET 的反向恢复电荷 (Qrr)较低; · 意法半导体的 PowerFLAT 5×6 封装用于并联多个MOSFET开关管,而H2PAK 封装(2根引线或6根引线)用于单个开关管。 上桥臂 MOSFET 的开关损耗 (PSW) 用以下公式(公式1)计算: (1) 其中: VIN是DC-DC转换器的输入电压; IOUT 是负载电流 ; fSW是转换器的开关频率; QG,SW = Qgd + Qgs是导通MOSFET 所需的电荷量(是栅漏电荷 Qgd 和栅源电荷 Qgs 之和); IGATE 是MOSFET的栅极电流。 下桥臂MOSFET的导通损耗(PCOND)用以下公式(公式2)计算: (2) 其中: RDSon[T] 是 MOSFET 在工作温度 T 时的导通电阻 ; ID 为MOSFET漏极电流; D是转换器的占空比。…