采用12V至12V雙電池汽車雙向DC-DC控制器實(shí)現(xiàn)冗余

到處都有跡象表明，自動駕駛汽車革命即將全面展開。汽車公司正在與谷歌和優(yōu)步等科技巨頭以及著名的初創(chuàng)企業(yè)合作，開發(fā)下一代自動駕駛汽車，這些汽車將改變我們的道路和通道，并為未來的智能城市奠定框架。他們正在利用機(jī)器學(xué)習(xí)、物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 和云等技術(shù)進(jìn)步來加速這一發(fā)展。

更重要的是，自動駕駛汽車將推動Uber和Lyft等流行的乘車共享服務(wù)已經(jīng)啟動的行業(yè)顛覆。這些碎片正在共同創(chuàng)造一個智能和無人駕駛汽車成為交通未來的世界。

最終，所有自動駕駛汽車都將采用傳感器、攝像頭、雷達(dá)、高性能GPS、光探測和測距（lidar）、人工智能（AI）和機(jī)器學(xué)習(xí)的組合來實(shí)現(xiàn)一定程度的自主性。與安全且可擴(kuò)展的物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)據(jù)管理和云解決方案的連接也很重要，因?yàn)樗鼈優(yōu)槭占?、管理和分析傳感器?shù)據(jù)提供了彈性和高性能的基礎(chǔ)。

聯(lián)網(wǎng)汽車的興起具有深遠(yuǎn)的社會影響，從環(huán)境效益到提高安全性。道路上的汽車減少也意味著溫室氣體排放的減少，從而降低能耗和改善空氣質(zhì)量。

對于自動駕駛汽車和智能道路系統(tǒng)，端點(diǎn)遙測、智能軟件和云都是必不可少的推動因素。自動駕駛汽車中的車載攝像頭和傳感器收集大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)必須實(shí)時處理，以保持車輛在正確的車道上并在前往目的地時安全運(yùn)行。

基于云的網(wǎng)絡(luò)和連接是組合中的另一個重要部分。自動駕駛汽車將配備支持機(jī)器對機(jī)器通信的車載系統(tǒng)，使他們能夠向道路上的其他車輛學(xué)習(xí)，以便根據(jù)天氣變化和不斷變化的道路狀況（如繞道和路徑碎片）進(jìn)行調(diào)整。先進(jìn)的算法和深度學(xué)習(xí)系統(tǒng)是確保自動駕駛汽車能夠快速、自動地適應(yīng)不斷變化的場景的核心。

除了云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的可擴(kuò)展性和智能數(shù)據(jù)管理等特定組件之外，還需要關(guān)鍵任務(wù)系統(tǒng)（包括電源）的冗余。目前還提供冗余電池解決方案，例如LTC3871，它與兩個具有不同額定電壓的電池配合使用，例如48 V鋰離子電池和12 V鉛酸電池。但是，這些現(xiàn)有解決方案中的大多數(shù)不能為相同的電池電壓提供冗余，例如兩個12 V，24 V或48 V電池。直到現(xiàn)在，就是這樣。

顯然，需要一個雙向降壓-升壓DC-DC轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器可以在兩個12 V電池之間切換。這種DC-DC轉(zhuǎn)換器可用于為任一電池充電，并允許兩個電池向同一負(fù)載提供電流。此外，如果其中一個電池發(fā)生故障，則需要檢測該故障并將其與另一個電池隔離，以便另一個電池繼續(xù)為負(fù)載供電而不會造成任何中斷。ADI公司最近發(fā)布的LT8708雙向DC-DC控制器解決了利用LT8708控制器連接兩個具有相同電壓的電池的關(guān)鍵功能。

單一雙向 IC 解決方案

LT8708 是一款效率為 98% 的雙向降壓-升壓開關(guān)穩(wěn)壓控制器，可在兩個具有相同電壓的電池之間工作，非常適合自動駕駛汽車中的冗余。它可以在高于、低于或等于輸出電壓的輸入電壓下工作，使其非常適合電動和混合動力汽車中常見的兩個 12 V、24 V 或 48 V 電池。LT8708 在兩節(jié)電池之間工作，并在其中一節(jié)電池發(fā)生故障時防止系統(tǒng)關(guān)斷。該器件還可用于 48 V/12 V 和 48 V/24 V 雙電池系統(tǒng)。

LT8708采用單電感器，在2.8 V至80 V的輸入電壓范圍內(nèi)工作，同時產(chǎn)生1.3 V至80 V的輸出電壓，根據(jù)外部組件的選擇和相數(shù)提供高達(dá)幾千瓦的功率。它簡化了需要調(diào)節(jié) V 的電池/電容器備份系統(tǒng)中的雙向電源轉(zhuǎn)換外/ 5在和/或我外我在，無論是正向還是反向。該器件的六種獨(dú)立調(diào)節(jié)形式使其可用于多種應(yīng)用。

LT8708-1 與 LT8708 并聯(lián)使用以增加功率和相位。LT8708-1 始終作為主 LT8708 的從機(jī)運(yùn)行，可以異相計(jì)時，并且能夠提供與主站一樣多的功率。一個主站最多可連接12個從站，按比例增加系統(tǒng)的功率和電流能力。

可以監(jiān)控和限制轉(zhuǎn)換器輸入側(cè)和輸出側(cè)的正向和反向電流。所有四個電流限值（正向輸入、反向輸入、正向輸出和反向輸出）都可以使用四個電阻獨(dú)立設(shè)置。結(jié)合方向 （DIR） 引腳，芯片可配置為處理來自 V 的功率在到 V外或從 V外到 V在，是汽車、太陽能、電信和電池供電系統(tǒng)的理想選擇。

LT8708 采用 5 mm × 8 mm 40 引腳 QFN 封裝。提供三種溫度等級，擴(kuò)展級和工業(yè)級的工作溫度范圍為 –40°C 至 +125°C，汽車級高溫范圍為 –40°C 至 +150°C。 圖1所示為簡化的LT8708框圖。

圖1.LT8708簡化的雙向雙12 V電池應(yīng)用原理圖。

完整解決方案

圖2中的框圖顯示了在汽車應(yīng)用中完成雙電池冗余電路所需的其他器件。如圖所示，LT8708與兩個LT8708-1器件配合使用，形成一個三相解決方案設(shè)計(jì)，可在任一方向上提供高達(dá)60 A的電流?？梢蕴砑宇~外的 LT8708-1 器件，用于高達(dá) 12 相或超過 12 相的更高功率應(yīng)用。AD8417是一款雙向電流檢測放大器，可檢測流入和流出電池的電流。當(dāng)此電流超過預(yù)設(shè)值時，LTC7001 高端 NMOS 靜態(tài)開關(guān)驅(qū)動器將打開背靠背 MOSFET，以將任一電池與電路隔離開來。

圖2.完整解決方案的雙電池冗余框圖。

LTC6810-2 監(jiān)視和控制鋰離子電池。它精確測量電池單元，總測量誤差小于1.8 mV。將多個 LTC6810-2 器件并聯(lián)到主機(jī)處理器將創(chuàng)建額外的冗余，以監(jiān)視電路中的其它電壓。LTC6810-2 具有一個異位SPI唰唰??接口用于高速、射頻免疫、長距離通信，并支持雙向操作。該器件還包括對每個電池進(jìn)行PWM占空比控制的被動平衡，以及執(zhí)行冗余電池測量的能力。

控件概述

LT8708 提供了一個輸出電壓，該輸出電壓可高于、低于或等于輸入電壓。它還在輸入和輸出端提供雙向電流監(jiān)控和調(diào)節(jié)功能。ADI專有控制架構(gòu)在降壓、升壓或降壓-升壓工作區(qū)域采用電感電流檢測電阻。電感電流由V上的電壓控制C引腳，這是六個內(nèi)部誤差放大器 EA1 至 EA6 的組合輸出。這些放大器可用于限制或調(diào)節(jié)其各自的電壓或電流，如表1所示。

五世C電壓的最小-最大范圍通常約為1.2 V。最大 VC電壓控制最正的電感電流，因此控制來自V的最大功率流在到 V外.最小值 VC電壓控制最大的負(fù)電感電流，因此控制來自V的最大功率流外到 V在.

在 V 的簡單示例中外監(jiān)管，F(xiàn)B外引腳接收 V外電壓反饋信號，與使用 EA4 的內(nèi)部基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較。低電壓外電壓升高 VC因此，更多的電流流入V外.相反，更高的V外減少 VC，從而將電流降低到 V外甚至從V汲取電流和功率外.

如前所述，LT8708 還在輸入和輸出端提供雙向電流調(diào)節(jié)功能。五世外電流可以在正向和反向（分別為EA6和EA2）上調(diào)節(jié)或限制。五世在電流也可以在正向和反向（分別為EA5和EA1）上調(diào)節(jié)或限制。

在常見應(yīng)用中，V外可以使用EA4進(jìn)行調(diào)節(jié)，而其余誤差放大器則監(jiān)視過大的輸入或輸出電流或輸入欠壓情況。在其他應(yīng)用中，例如電池備份系統(tǒng)，連接到 V 的電池外可以用恒流 （EA6） 充電至最大電壓 （EA4），有時也可以反轉(zhuǎn)以將電源回 V在使用其他誤差放大器調(diào)節(jié)V在并限制最大電流。有關(guān)此主題的更多信息，請參見 LT8708 數(shù)據(jù)手冊。

結(jié)論

LT8708-1 為相同電壓的雙電池 DC-DC 汽車系統(tǒng)帶來了新的性能、控制和簡化水平。無論是將其用于兩個電源之間的能量傳輸以實(shí)現(xiàn)冗余，還是用于任務(wù)關(guān)鍵型應(yīng)用中的備用電源，LT8708 都允許用戶使用具有相同電壓的兩個電池或超級電容器工作。這種能力使汽車系統(tǒng)工程師能夠?yàn)?a target="_blank">汽車電子的新進(jìn)步鋪平道路，使汽車更安全、更高效。

審核編輯：郭婷