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dsPIC33全数位1.6kW双向双电池系统??线平衡器
 

【作者: 李政道】2020年12月23日 星期三

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自从Karl Friedrich Benz於1886年设计并制造了世界上第一辆能实际应用的内燃机发动的汽车,人类开始了汽油汽车的历史。然而启动汽车引擎需要启动机,因此伴随着电动启动机的成熟发展,蓄电池也跟着普及起来,最终每台家用汽车上都有着一颗看似不起眼却无比重要的蓄电池。电池电压也从一开始的6V,於50年代左右几经波折提升至12V,并沿用至今。


紧接着汽车科技的发展与设备不断的推陈出新,往往同时提高电能的消耗功率,令12V的电池系统渐显疲态;加上车商为了节能减碳,纷纷朝向混合动力发展,将越来越多的传统机械驱动模组改为马达驱动方式。变动的幅度越大,效益越高,却也加剧12V系统效益不彰的问题。


为了提高马达的效能、缩小体积与重量,其中一个方法是提高电压。但高压却有安全疑虑,50V以下是人体可以承受的安全电压,欧洲法规更规定超过60V电压的系统,在导线和连接处就要采用特殊的绝缘措施,无形中增加成本与重量,所以48V电池系统便是两者之间的平衡点。目前的车子便对耗电量重的驱动模组提供48V电压,传统弱点模组则维持采用12V电压,因而车子内同时存在两种电池电压系统,如图一所示。



图一
图一

为符合市场需求,Microchip提供了1600W Bus Balancer叁考设计方案。如图二所示,此设计方案可对双电池系统互相进行充放电,以确保12V系统用电无虞,安全系统得以保持工作状态,并且不需额外的12V充电器。采用是模组化的设计,一个模组400W,叁考设计为四个模组并联产生1600W功率。



图二
图二

每个模组采用Synchronous Buck的架构,如图三所示。Q1A与Q1B为主开关,Q2A、Q2B、Q3A、Q3B为双向断路保护开关。



图三
图三

效率曲线图如图四,Eta曲线包含四个断路保护开关,Eta_WS曲线则为单纯双向转换器的效率,最高效率约97%。



图四
图四

基於dsPIC33EP64GS506之叁考设计基本规格如下:


· Topology: Synchronous Buck


· Main Controller: dsPIC33EP64GS506


· 48V rail: 25Vdc - 55Vdc


· 12V rail: 10.5dc - 18dc


· Iout: 0A - 120A (adjustable)


· Efficiency: ~97% (@700W)


· Switching frequency: 87 kHz per phase (interleaved, input/output switching frequency 350 kHz)


· Reverse bias protection on both rails: Yes


· Input filter: Yes


· Redundancy: Yes (50%)


对Bus Balancer及dsPIC数位电源开发工具有兴趣的读者,请叁考官方网站 https://www.microchip.com/design-centers/automotive-solutions/automotive-applications/powertrain-ev-hev/dc-dc-converter,亦欢迎与我们经验丰富的设计团队联系。


本文作者为:Microchip工程师 李政道


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