作者：Tony Armstrong
汽車中 48 V/12 V 電池系統(tǒng)的未來指日可待。過去幾年，全球大多數(shù)主要汽車制造商一直在努力證明他們的系統(tǒng)，很明顯，它們的實施將是相對近期的。這是通往全自動乘用車的漫長而艱巨的旅程中必要且關(guān)鍵的一步，該乘用車不需要人類控制并具有真正的自動駕駛。然而，這并不意味著 12 V 電池正在消失;已安裝的車輛基礎(chǔ)中有太多的遺留系統(tǒng)，無法發(fā)生這種情況。這意味著自動駕駛汽車將同時配備12 V電池和48 V電池。
這一事實意味著車輛的內(nèi)部系統(tǒng)將使用48 V鋰離子（Li-Ion）電池或12 V密封鉛酸（SLA）電池，但不能同時使用兩者。然而，除了由于它們各自的化學(xué)成分而為這些單獨的電池提供兩個獨立的充電電路外，還必須有一種機制允許電荷在它們之間移動而不會對電池或車輛內(nèi)的任何系統(tǒng)造成任何損壞。此外，如果其中一個電池在運行過程中發(fā)生故障，擁有兩個電池還可以實現(xiàn)冗余。
雖然這肯定會使車輛內(nèi)各種電氣子系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜化，但可以獲得一些優(yōu)勢。根據(jù)一些汽車制造商的說法，基于 48 V 的電氣系統(tǒng)可使內(nèi)燃機車輛的燃油經(jīng)濟性提高 10% 至 15%，從而減少 CO2排放。此外，未來使用雙48 V/12 V系統(tǒng)的車輛將使工程師能夠集成獨立于發(fā)動機負載運行的電動助力器技術(shù)，從而提高加速性能。這種壓縮機已經(jīng)處于開發(fā)的高級階段，將放置在進氣系統(tǒng)和中冷器之間，使用 48 V 導(dǎo)軌啟動渦輪增壓器。
在全球范圍內(nèi)，燃油經(jīng)濟性法規(guī)一直在收緊，而具有連接性的自動駕駛能力在新車中繼續(xù)激增。因此，12 V汽車電氣系統(tǒng)已達到其可用功率極限。同時，似乎這些變化還不夠，汽車電子系統(tǒng)已經(jīng)顯著增加。這些變化，加上相關(guān)的電力需求，創(chuàng)造了一系列新的工程機會。顯然，必須補充具有3 kW功率限制的12 V鉛酸電池汽車系統(tǒng)。
此外，還有新的汽車標準會影響這些系統(tǒng)的工作方式。新提出的汽車標準LV 148將次級48 V總線與現(xiàn)有的汽車12 V系統(tǒng)相結(jié)合。48 V 電源軌包括一個集成起動發(fā)電機 （ISG） 或皮帶起動發(fā)電機、一個 48 V 鋰離子電池和一個雙向 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，可從 48 V 和 12 V 電池提供數(shù)十千瓦的可用能量。該技術(shù)針對傳統(tǒng)的內(nèi)燃機汽車，以及混合動力電動和輕度混合動力汽車，因為汽車制造商正在努力滿足日益嚴格的一氧化碳。2排放目標。
適用于 48 V/12 V 電池系統(tǒng)的新型電源解決方案
這一新標準要求 12 V 總線持續(xù)為點火、照明、信息娛樂和音頻系統(tǒng)供電。而 48 V 總線將為主動底盤系統(tǒng)、空調(diào)壓縮機、可調(diào)懸架、電動增壓器、渦輪增壓器甚至再生制動提供動力。
在車輛中實施額外的48 V電源網(wǎng)絡(luò)并非沒有重大影響。電子控制單元（ECU）將受到影響，需要將其工作范圍調(diào)整到更高的電壓。這就要求DC-DC轉(zhuǎn)換器制造商還需要引入專用IC來實現(xiàn)這種高功率傳輸。
因此，ADI公司的線性功耗™（鉛）集團設(shè)計并開發(fā)了幾種DC-DC轉(zhuǎn)換器，能夠以非常高的效率實現(xiàn)這種能量傳輸，以節(jié)省能源，同時最大限度地減少熱設(shè)計方面。
顯然需要12 V和48 V電池之間的雙向降壓和升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器。這種轉(zhuǎn)換器可用于為任一電池充電，同時允許兩個電池在系統(tǒng)中需要時向同一負載提供電流。從傳統(tǒng)的角度來看，這些最初的48 V/12 V雙電池DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計使用不同的電源組件來升壓和降壓。
然而，ADI公司的PbL部門最近推出了LT8228，這是一款雙向DC-DC控制器，它使用與降壓轉(zhuǎn)換相同的外部電源組件進行升壓轉(zhuǎn)換。
如圖2所示，LT8228是一款具有獨立補償網(wǎng)絡(luò)的100 V雙向恒流或恒壓同步降壓或升壓控制器。功率流的方向由 LT8228 自動確定或由外部控制。輸入和輸出保護 MOSFET 可防止負電壓、控制浪涌電流，并在開關(guān) MOSFET 短路等故障條件下提供端子之間的隔離。在降壓模式下，V1 端子上的保護 MOSFET 可防止反向電流。在升壓模式下，相同的MOSFET調(diào)節(jié)輸出浪涌電流，并通過可調(diào)定時器斷路器保護自身。
圖2.LT8228配置在一個簡化的雙向電池備份系統(tǒng)中。
此外，LT8228 還提供雙向輸入和輸出電流限制以及獨立的電流監(jiān)視。無主、容錯均流允許添加或減去任何并聯(lián)的 LT8228，同時保持均流準確度。內(nèi)部和外部故障診斷和報告可通過故障和報告引腳進行。LT8228 采用 38 引腳 TSSOP 封裝。
LT8228是一款具有保護MOSFET的100 V雙向峰值電流模式同步控制器�？刂破髟诮祲耗Ｊ较聫妮斎腚妷篤1提供降壓輸出電壓V2，在升壓模式下從輸入電壓V2提供升壓輸出電壓V1。輸入和輸出電壓可設(shè)置高達 100 V。工作模式通過 DRXN 引腳進行外部控制或自動選擇。此外，LT8228 還具有用于 V1 和 V2 端子的保護 MOSFET。保護 MOSFET 提供負電壓保護、內(nèi)部或外部故障期間輸入和輸出端子之間的隔離、反向電流保護和浪涌電流控制。在電池備份系統(tǒng)等應(yīng)用中，雙向功能允許電池從更高或更低的電壓電源充電。當(dāng)電源不可用時，電池將升壓或降壓電源。
為了優(yōu)化瞬態(tài)響應(yīng)，LT8228 具有兩個誤差放大器：升壓模式下的 EA1 和降壓模式下的 EA2，分別具有獨立的補償引腳 VC1 和 VC2。當(dāng)在輕負載操作等條件下檢測到反向電感電流時，控制器以非連續(xù)導(dǎo)通模式工作。LT8228 采用四個引腳在降壓和升壓模式操作中提供輸入和輸出電流限制編程：ISET1P、ISET1N、ISET2P 和 ISET2N。該控制器還使用 IMON1 和 IMON2 引腳提供獨立的輸入和輸出電流監(jiān)控。限流編程和監(jiān)控適用于 0 V 至 100 V 的整個輸入和輸出電壓范圍。
此外，LT8228 在多個并聯(lián)的 LT8228 之間提供無主、容錯輸出均流，從而實現(xiàn)更高的負載電流、更好的熱管理和冗余。每個 LT8228 調(diào)節(jié)至平均輸出電流，無需一個主控制器。當(dāng)單個LT8228被禁用或處于故障狀態(tài)時，它將停止對平均總線的貢獻，從而使均流方案具有容錯能力。
其他功能包括：
寬輸入和輸出電壓范圍，高達 100 V
反饋電壓容差：在整個溫度范圍內(nèi)±0.5%
雙向可編程電流調(diào)節(jié)和監(jiān)控
廣泛的自檢、診斷和故障報告
可編程固定或可同步開關(guān)頻率：80 kHz 至 600 kHz
可編程軟啟動和動態(tài)電流限制
無主、容錯均流
結(jié)論
LT8228允許將相同的外部電源組件用于降壓和升壓目的，從而為48 V/12 V雙電池DC-DC汽車系統(tǒng)帶來了新的性能、控制和簡化水平。它按需以降壓模式（48 V總線至12 V總線）或升壓模式（12 V至48 V）工作。當(dāng)啟動汽車或需要額外電源時，LT8228 允許兩個電池同時向同一負載供電。這為電源轉(zhuǎn)換設(shè)計人員提供了一個功能豐富的雙向轉(zhuǎn)換器，可以輕松配置12 V和48 V電池系統(tǒng)，這是不久的將來全自動駕駛汽車所需要的。 |
