IC簡(jiǎn)化了48 V/12 V雙電池汽車(chē)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

汽車(chē)中 48 V/12 V 電池系統(tǒng)的未來(lái)指日可待。過(guò)去幾年，全球大多數(shù)主要汽車(chē)制造商一直在努力證明他們的系統(tǒng)，很明顯，它們的實(shí)施將是相對(duì)近期的。這是通往全自動(dòng)乘用車(chē)的漫長(zhǎng)而艱巨的旅程中必要且關(guān)鍵的一步，該乘用車(chē)不需要人類控制并具有真正的自動(dòng)駕駛。然而，這并不意味著 12 V 電池正在消失;已安裝的車(chē)輛基礎(chǔ)中有太多的遺留系統(tǒng)，無(wú)法發(fā)生這種情況。這意味著自動(dòng)駕駛汽車(chē)將同時(shí)配備12 V電池和48 V電池。

這一事實(shí)意味著車(chē)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(shí)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(dú)的電池提供兩個(gè)獨(dú)立的充電電路外，還必須有一種機(jī)制允許電荷在它們之間移動(dòng)而不會(huì)對(duì)電池或車(chē)輛內(nèi)的任何系統(tǒng)造成任何損壞。此外，如果其中一個(gè)電池在運(yùn)行過(guò)程中發(fā)生故障，擁有兩個(gè)電池還可以實(shí)現(xiàn)冗余。

雖然這肯定會(huì)使車(chē)輛內(nèi)各種電氣子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)復(fù)雜化，但可以獲得一些優(yōu)勢(shì)。根據(jù)一些汽車(chē)制造商的說(shuō)法，基于 48 V 的電氣系統(tǒng)可使內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛的燃油經(jīng)濟(jì)性提高 10% 至 15%，從而減少 CO2排放。此外，未來(lái)使用雙48 V/12 V系統(tǒng)的車(chē)輛將使工程師能夠集成獨(dú)立于發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)載運(yùn)行的電動(dòng)助力器技術(shù)，從而提高加速性能。這種壓縮機(jī)已經(jīng)處于開(kāi)發(fā)的高級(jí)階段，將放置在進(jìn)氣系統(tǒng)和中冷器之間，使用 48 V 導(dǎo)軌啟動(dòng)渦輪增壓器。

在全球范圍內(nèi)，燃油經(jīng)濟(jì)性法規(guī)一直在收緊，而具有連接性的自動(dòng)駕駛能力在新車(chē)中繼續(xù)激增。因此，12 V汽車(chē)電氣系統(tǒng)已達(dá)到其可用功率極限。同時(shí)，似乎這些變化還不夠，汽車(chē)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(jī)會(huì)。顯然，必須補(bǔ)充具有3 kW功率限制的12 V鉛酸電池汽車(chē)系統(tǒng)。

此外，還有新的汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)影響這些系統(tǒng)的工作方式。新提出的汽車(chē)標(biāo)準(zhǔn)LV 148將次級(jí)48 V總線與現(xiàn)有的汽車(chē)12 V系統(tǒng)相結(jié)合。48 V 電源軌包括一個(gè)集成起動(dòng)發(fā)電機(jī) （ISG） 或皮帶起動(dòng)發(fā)電機(jī)、一個(gè) 48 V 鋰離子電池和一個(gè)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(duì)傳統(tǒng)的內(nèi)燃機(jī)汽車(chē)，以及混合動(dòng)力電動(dòng)和輕度混合動(dòng)力汽車(chē)，因?yàn)槠?chē)制造商正在努力滿足日益嚴(yán)格的一氧化碳。2排放目標(biāo)。

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(biāo)準(zhǔn)要求 12 V 總線持續(xù)為點(diǎn)火、照明、信息娛樂(lè)和音頻系統(tǒng)供電。而 48 V 總線將為主動(dòng)底盤(pán)系統(tǒng)、空調(diào)壓縮機(jī)、可調(diào)懸架、電動(dòng)增壓器、渦輪增壓器甚至再生制動(dòng)提供動(dòng)力。

在車(chē)輛中實(shí)施額外的48 V電源網(wǎng)絡(luò)并非沒(méi)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(lái)實(shí)現(xiàn)這種高功率傳輸。

因此，ADI公司的線性功耗?（鉛）集團(tuán)設(shè)計(jì)并開(kāi)發(fā)了幾種DC-DC轉(zhuǎn)換器，能夠以非常高的效率實(shí)現(xiàn)這種能量傳輸，以節(jié)省能源，同時(shí)最大限度地減少熱設(shè)計(jì)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(shí)允許兩個(gè)電池在系統(tǒng)中需要時(shí)向同一負(fù)載提供電流。從傳統(tǒng)的角度來(lái)看，這些最初的48 V/12 V雙電池DC-DC轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)使用不同的電源組件來(lái)升壓和降壓。

然而，ADI公司的PbL部門(mén)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(jìn)行升壓轉(zhuǎn)換。

如圖2所示，LT8228是一款具有獨(dú)立補(bǔ)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(dòng)確定或由外部控制。輸入和輸出保護(hù) MOSFET 可防止負(fù)電壓、控制浪涌電流，并在開(kāi)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(hù) 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(guò)可調(diào)定時(shí)器斷路器保護(hù)自身。

圖2.LT8228配置在一個(gè)簡(jiǎn)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(dú)立的電流監(jiān)視。無(wú)主、容錯(cuò)均流允許添加或減去任何并聯(lián)的 LT8228，同時(shí)保持均流準(zhǔn)確度。內(nèi)部和外部故障診斷和報(bào)告可通過(guò)故障和報(bào)告引腳進(jìn)行。LT8228 采用 38 引腳 TSSOP 封裝。

LT8228是一款具有保護(hù)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(dá) 100 V。工作模式通過(guò) DRXN 引腳進(jìn)行外部控制或自動(dòng)選擇。此外，LT8228 還具有用于 V1 和 V2 端子的保護(hù) MOSFET。保護(hù) MOSFET 提供負(fù)電壓保護(hù)、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(hù)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(shí)，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(gè)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(dú)立的補(bǔ)償引腳 VC1 和 VC2。當(dāng)在輕負(fù)載操作等條件下檢測(cè)到反向電感電流時(shí)，控制器以非連續(xù)導(dǎo)通模式工作。LT8228 采用四個(gè)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(dú)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(gè)輸入和輸出電壓范圍。

此外，LT8228 在多個(gè)并聯(lián)的 LT8228 之間提供無(wú)主、容錯(cuò)輸出均流，從而實(shí)現(xiàn)更高的負(fù)載電流、更好的熱管理和冗余。每個(gè) LT8228 調(diào)節(jié)至平均輸出電流，無(wú)需一個(gè)主控制器。當(dāng)單個(gè)LT8228被禁用或處于故障狀態(tài)時(shí)，它將停止對(duì)平均總線的貢獻(xiàn)，從而使均流方案具有容錯(cuò)能力。

其他功能包括：

寬輸入和輸出電壓范圍，高達(dá) 100 V

反饋電壓容差：在整個(gè)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(bào)告

可編程固定或可同步開(kāi)關(guān)頻率：80 kHz 至 600 kHz

可編程軟啟動(dòng)和動(dòng)態(tài)電流限制

無(wú)主、容錯(cuò)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(chē)系統(tǒng)帶來(lái)了新的性能、控制和簡(jiǎn)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(dòng)汽車(chē)或需要額外電源時(shí)，LT8228 允許兩個(gè)電池同時(shí)向同一負(fù)載供電。這為電源轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)人員提供了一個(gè)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(lái)全自動(dòng)駕駛汽車(chē)所需要的。

審核編輯：郭婷