电动汽车和充电桩设计提出哪些新的光耦驱动需求?电动汽车和充电桩设计提出哪些新的光耦驱动需求?
内部存在电池管理、空调和牵引逆变器等各种子系统,工作条件不一,对功率器件及其驱动要求不尽相同。同时,有交/直流之分,充电功率/速度也不相同。这些不同的子
系统和电源系统都会广泛使用光耦器,来进行隔离通信、驱动以及反馈。光耦在传统的工业应用中已非常成熟,那么在电动汽车/充电桩这些新兴应用当中,又有怎样的发
展趋势和新的性能需求呢? 日前,在由Aspencore旗下《EDN电子技术设计》、《EET电子工程专辑》和《ESM国际电子商情》共同举办的Tech Shanghai设计论坛上,博
通公司(Broadcom)隔离产品事业部(前Avago光耦事业部)产品经理陈红雷带来“功能全面的光耦驱动并保
内部存在电池管理、空调和牵引逆变器等各种子系统,工作条件不一,对功率器件及其驱动要求不尽相同。同时,有交/直流之分,充电功率/速度也不相同。这些不同的子系统和电源系统都会
广泛使用光耦器,来进行隔离通信、驱动以及反馈。光耦在传统的工业应用中已非常成熟,那么在电动汽车/充电桩这些新兴应用当中,又有怎样的发展趋势和新的性能需求呢?
日前,在由Aspencore旗下《EDN电子技术设计》、《EET电子工程专辑》和《ESM国际电子商情》共同举办的Tech Shanghai设计论坛上,博通公司(Broadcom)隔离产品事业部(前Avago
光耦事业部)产品经理陈红雷带来“功能全面的光耦驱动并保护下一代功率器件”议题,从电动汽车和充电桩两个部分探讨了光耦在电动汽车市场的新应用机会。(另外在该论坛上,金雅拓产品
经理朱志兴和康模数尔(COMSOL)应用工程师施翀也分别带来了“软件安全授权在汽车电子行业中的应用”和“动力电池研发中的多物理场仿真解决方案”的议题。)
光耦原理及分类
陈红雷介绍说,光耦器件分为三大类:数字光耦、栅极驱动器和隔离放大器。这三类光耦的基本功能都是提供信号隔离。数字光耦单纯实现信号隔离。栅极驱动器在此基础上增加了电流驱动能
力,从而可对IGBT和MOSFET(包括的SiC和GaN)等功率器件的栅极进行驱动。隔离放大器用于反馈通路,将检测到的电压、电流等信号返回给MCU进行处理。
光耦由LED、隔离介质和光敏二极管三部分组成,构成发光、传输和感光三个环节。光耦原理简单,但按照爬电距离、电气间隙和隔离电压等安规条件划分却是分门别类。
光耦的应用非常广泛,尤其是在电力电子领域。电动汽车和充电桩等新兴产业,为光耦也带来不小的机会。
陈红雷在会后向笔者透露,汽车电子中一个趋势是把电子部分和轮毂集成在一起,通过CAN总线或电力线实现直接驱动,这样可以避免物理传动的损耗。这种构件通常很复杂且高成本。这样,
半导体器件需要耐高温、耐振动。对于光耦这种硅基半导体材料,还是有很大挑战。博通一类(Grade 1)光耦目前也只是达到125℃,因此对于高转动(也就高温)电机的驱动,需要采用冷
却。
博通也在考虑未来是否可能将耐高温材料,比如GaN、SiC等,应用到栅极驱动、电流检测等光耦器件中。另外,发光二极管本身也需要有技术突破,能够耐高温。比如对于光衰特性,其光耦
器件都经过了严格的挑选,设计也考虑了足够的裕量。然而,整个系统温度进一步的上升,对光耦中的LED还是会有新的挑战。博通也在努力解决中。
电动汽车IGBT需要怎样的光耦?
如下图所示,在电动汽车中,牵引逆变器、CAN总线接口、信号传感、暖通空调(HVAC)和电源管理系统等等部分都会广泛用到光耦器。(右边可以找到相应料号,这些都是Broadcom多年
来,根据客户需求所列出。)
陈红雷表示,电动汽车中电池管理、空调系统、牵引逆变器等不同子系统的要求不一样,比如空调的工作温度不太高;而牵引逆变器由于在发动机里,耐受温度需要比较高;电池管理在后端,
温度也不会太高。因此,像DC/DC充电器一般采用MOSFET作为功率器件,也就采用MOSFET驱动。另外其工作温度也不一样,功率容量/驱动电流通常也不太大。而牵引逆变器要求功率大,
要有保护和反馈等功能,因此驱动就不同。另外,电池管理总线上做电流监控即可,而牵引逆变器就会复杂一些。
下图是针对车载充电器、DC-DC转换器和逆变器的栅极驱动器型号选择。“ACPL-32JT是市场接受度比较高的一款产品。另外还有ACPL-33JT。ACPL-3540JT是带发射极电流检测的产品。” 陈
红雷介绍。