《电子技术应用》

德州仪器混合动力/纯电动汽车充电器解决方案

2017/5/23 22:29:00

  太阳能反向器可将光伏电池的可变直流输出转换成清洁正弦 50- 或 60Hz 电流。

  设计注意事项

  太阳能逆变器:

  太阳能逆变器是整个太阳能系统的关键组件。它可将光伏电池的可变直流输出转换成清洁正弦 50 或 60Hz 电流,非常适用于为商业电网或地方电网提供电源。

  DSP 控制器 - 即数字信号控制器,可高效地执行非常精确的算法,这些算法是为系统电池充电并为电网提供无损耗电源所必需的。这称为在其最大功率点执行系统操作。DC/AC 的主桥接器是由高度灵活的控制器 PWM 外设驱动的。

  能效 20 多年以来,TI 一直致力于帮助客户设计高性能的电源转换产品,以便满足严苛的能效规格。 TI 能帮助客户通过优势节能设计迅速占领市场。TI 提供负载点 DC/DC 转换器、离线电源和数字电源管理解决方案,通过各种轻载效率改进功能帮助客户满足低待机功耗要求。作为节能环保的新能源汽车-混合动力汽车/纯电动汽车。TI也一直致力于为客户提供更加完备和优秀的汽车解决方案。在这里电子发烧友网就为大家带来了TI在混合动力汽车/纯电动汽车方面的几种解决方案供大家参考。

  德州仪器 (TI) 的 E-Bike 解决方案

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  设计注意事项

  对于那些居住在工作单位附近或希望找到取代较昂贵的电机控制型交通工具的人们而言,电动自行车正日益成为他们的热门首选。在电池与电机技术得到迅速发展的同时,电动自行车的速度和行程也正在不断提高。电动自行车可以使用基于预期成本和设计复杂性的各种组件。

  内核子系统包括:

  控制器:

  通常包括检测、A/D 转换和输出比较组件。超低功耗微控制器可用于低端系统,而 C2000 数字信号处理器则可用于具有更多功能的复杂系统。

  电机:

  电动自行车通常采用有刷或无刷直流电机。尽管无刷电机更加可靠且更为高效,但它会增加自行车的重量。

  电池:

  电池类型经历了从铅酸到锂离子的发展过程。铅酸电池因其低成本的特点而被广泛使用,但它比锂电子电池更大、更重,并且不如锂电子电池环保。

  电源管理:

  提供运行功能块所需的电源并监视电池活动。对于低端电动自行车而言,具有比较器和分立器件的主机控制器可用于管理铅酸电池。而更为复杂的电动自行车则采用能提供电池保护、监控和电量监测的特定 IC,以便为用户提供安全和有关锂离子电池的重要信息。

  EV HEV 充电器:1 级和 2 级

  EV HEV 1 级和 2 级充电器方框图 (SBD),使用 TI 数字功率控制器、通信设备、高性能驱动器和接口器件。

  设计注意事项

  插入式混合电动车 (PHEV) 和电池电动车 (BEV) 是两项快速兴起的技术,可使用功能强大的电机和高电压电池组作为动力和能量来源。由于电池的电量有限,PHEV 和 BEV 必须定期再充电,而这通常通过以某种形式连接到电网来进行。对于大多数用户,1 级充电(15A-20A 时为 120 VAC)将是最可用的电源,由于所有用户都可轻松接触板载充电器,因此应能够处理所有板载充电器。在其当前状态下,多数用户喜欢利用更快的 2 级充电(40A 时为 240 VAC)。相比 1 级充电,2 级充电的充电时间更短,但需要更大的电源来供应相应的电流和电压。通过能够同时利用这两种充电,您在充电选项上为客户提供了更大的灵活性,以及更多可提供充电的位置。

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  用于这些汽车的 1 级和 2 级充电系统包含一个 AC / DC 转换器,可从 AC 线产生 DC 电压。这些输入电源需要经过功率因数校正 (PFC) 来提升功率因数以符合地区法规标准。反向器的核心是实时 C2000 微处理器。此控制器被编程为执行控制环路以实现所有必需的电源管理功能,包括具有 PFC 的 AC/DC 和 DC/DC 以创建必需的电池充电配置文件。C2000 控制器包含先进外设,例如高精度 PWM 输出和 ADC,可读取 ADC 并在单个时钟周期内调节 PWM,从而实现实时控制。

  为安全起见,还需要隔离处理器和电流与电压,以及连接外界的通信总线。TI 数字隔离器具有逻辑输入和输出缓冲器,它由可提供 4kV 隔离的 TI 二氧化硅 (SiO2) 隔离势垒进行隔离。当与隔离电源配合使用时,这些器件可以阻止高电压、隔离接地以及防止噪声电流进入本地接地和干扰或损害敏感的电路。高性能模拟部件还可提供重要系统的功能,例如 MOSFET 驱动器、传感器反馈、芯片电源和通信收发器。

  1 级和 2 级板载充电系统的通信特定于应用。它取决于消费者是否需要此类系统来连接到电网。1 级充电在公共领域可能不太常见,而在家用充电领域最广泛。另一方面,2 级充电将受益于电力线通信 (PLC) 集成或无线协议,在充电站和公用事业公司之间实现直接通信。这两种充电级别都为用户提供了连接到智能仪表类型应用或将数据记录到其家庭局域网络 (HAN) 的选项,通过 PLC 或无线协议用于个人用途。其他通信选项为用户提供更出色的灵活性,以便充分利用插入式汽车的全部优势。

  EV HEV 充电器:3 级

  EV HEV 3 级充电器方框图 (SBD),使用 TI 数字功率控制器、通信设备、高性能驱动器和接口器件。

  设计注意事项

  插入式混合电动车 (PHEV) 和电池电动车 (BEV) 是两项快速兴起的技术,可使用功能强大的电机和高电压电池组作为动力来源。由于电池的电量有限,PHEV 和 BEV 必须定期再充电,而这通常通过连接到电网来进行。在进行此操作时,一些通信形式(PLC、无线或 RFID)可用于管理充电活动,并帮助识别和验证汽车或被所有者用于计费用途。3 级充电将在公共充电领域发挥重要作用,以便缩短充电时间,并使用户能够获益于移动充电。

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  用于这些汽车的 3 级充电系统包含一个 AC/DC 转换器,可从 AC 线产生 DC 电压。这些输入电源需要经过功率因数校正 (PFC) 来提升功率因数以符合地区法规标准。反向器的核心是实时 C2000 微处理器。此控制器被编程为执行控制环路以实现所有必需的电源管理功能,包括具有 PFC 的 AC/DC 和 DC/DC 以创建必需的电池充电配置文件。C2000 控制器包含先进外设,例如高精度 PWM 输出和 ADC,可读取 ADC 并在单个时钟周期内调节 PWM,从而实现实时控制。

  尽管 C2000 管理电源,但主机控制器将负责使用通信调制解调器和温度传感提供的信息来驱动显示屏并与板载电池组直接通信。用于充电配置文件的必要信息将发送到电源控制器,而重要的充电诊断和电池状态将发送到 3 级充电系统的显示屏上。

  为安全起见,还需要隔离处理器和电流与电压,以及连接外界的通信总线。TI 数字隔离器具有逻辑输入和输出缓冲器,这些缓冲器由 TI 的二氧化硅 (SiO2) 隔离势垒进行隔离,可提供 4kV 隔离。当与隔离电源配合使用时,这些器件可以阻止高电压、隔离接地以及防止噪声电流进入本地接地和干扰或损害敏感的电路。高性能模拟部件还可提供重要系统的功能,例如 MOSFET 驱动器、传感器反馈、芯片电源和通信收发器。

  单个系统上的通信可由单个处理器处理。具有复杂显示和在线计费/报告的更精密的系统(例如 3 级充电)可能还需要一个控制器。实施低频窄带 PLC (LF NB PLC) 解决方案将提供最适合的带宽、功耗和成本要求。在窄带域(频率高达 500kHz)运行可确保数据完整性,同时可将系统成本降到最低。为此,该标准将利用现有电力线基础设施,为在新汽车电子系统中集成智能监控和控制提供了经济高效的方式。数据速率从 1.2kbps 到数百 kbps 不等,具体情况取决于现有标准。TI 的 PLC 软件通过 plcSUITE 库提供,让开发人员可以在一个独特设计中支持多种调制和标准。开发人员可实施 SFSK IEC61334、PRIME 和 G3 标准,将 FlexOFDM 用于定制 OFDM 实施,还可以针对未来的标准进行升级。有关详细信息,请访问我们的 PLC 应用页面。此外,还可能需要无线通信和/或 RFID 作为第二个通信协议及识别与计费的方式。


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