車(chē)載電源轉換器

由于電子元件提供了更高的可靠性，使OEM能夠實(shí)現綠色能源目標，汽車(chē)電氣化持續增加。最顯著(zhù)的變化是在傳統的12V平臺上增加了高壓、高功率電池，這些高電壓、高功率電池在300V 上，堆積物測試成本和風(fēng)險也變得更高的，因此需要一個(gè)新的測試范例來(lái)解決這些車(chē)輛的高壓、高功率環(huán)境。

對電力轉換的需求

電池是電動(dòng)汽車(chē)的心臟。它的電壓和功率必須是高的，以提供給電動(dòng)汽車(chē)更長(cháng)的續航時(shí)間所需的持久能量。電源轉換器是必要的，從電池中獲取高壓直流，并將其轉換成不同的電壓和電流，以驅動(dòng)的不同系統，如圖所示。

然而，并不是所有的系統都與電池的電壓相同。汽車(chē)前燈、信息娛樂(lè )和駕駛輔助系統可以在12V直流電壓下運行，而加熱、電動(dòng)/液壓動(dòng)力轉向(EPS/EHPS)和軋輥的穩定運行需要48V直流電壓。

車(chē)載充電器(OBC)是一種交流/直流系統，可以在高壓電網(wǎng)中對電池進(jìn)行充電，它能將交流電從電網(wǎng)轉換為電池所需要的直流電源。車(chē)輛中也有交流元件和負載，如電機和發(fā)電機，電池的直流電源被轉換成交流電來(lái)驅動(dòng)電機。同樣，再生制動(dòng)產(chǎn)生的交流電源轉換成直流電源，儲存在電池中。

為什么高功率轉換效率很重要

功率轉換效率評估一種電力形式向另一種形式轉換的效果如何。效率的測量方法是將瓦特的輸出功率除以瓦特的輸入功率，并以百分數表示，功率轉換器的效率通常超過(guò)90%。

功率轉換過(guò)程效率越高，浪費的功率就越小。使功率轉換效率最大化是重要的，因為浪費的電力的成本是高昂的。高功率的轉換效率使電動(dòng)汽車(chē)能源消耗的更少，不需要頻繁的充電，能行駛更長(cháng)的距離，變得更環(huán)保。

隨著(zhù)汽車(chē)電氣化技術(shù)的普及，電動(dòng)汽車(chē)市場(chǎng)的快速發(fā)展正驅動(dòng)著(zhù)對更高效率功率轉換技術(shù)的需求。這些開(kāi)發(fā)有助于正確地度量和管理電動(dòng)汽車(chē)的功耗。準確的功率轉換測量是降低能耗、提高功率轉換效率的關(guān)鍵。

電源轉換器的測試挑戰

先進(jìn)的寬帶隙半導體，如碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)，能夠以進(jìn)行高電壓和高功率操作。與任何新技術(shù)一樣，電源轉化器也有新的挑戰要解決。工程師需要考慮高壓、高功率設計和測試的影響，以使成本最小化，符合安全規則，避免電路故障、電磁干擾(EMI)、熱問(wèn)題等等。

適用于高電壓和高功率的測試設備比低功率設備貴很多倍，運營(yíng)費用將會(huì )增加，因為一個(gè)10kW的電源消耗的電量是1kW的10倍。所有這些能量將產(chǎn)生大量的熱量，需要被消耗掉。冷卻系統有助于減少熱量，但增加了排放的成本。為了遵守高電壓安全規則，需要考慮安全斷開(kāi)系統。如果要在全世界部署這些系統，支持和維護計劃將變得更加復雜，所有這些都導致了高成本。

HEV/EV中的功率轉換器具有雙向能量流。測試雙向和再生能源系統和設備需要一個(gè)兩象限的解決方案，就像電池一樣。在設計和測試環(huán)境中，電池不是一種有效的測試工具，因為你不能將電壓或其他特性設置為你需要的來(lái)做特定測試。

測試電力轉換器的新方法應該解決測試的挑戰和消除通用測試方法的缺點(diǎn)。一個(gè)例子是1003A電源轉換器測試解決方案，它是測試HEV/EV電源轉換器(如OBC)的理想方案，如圖2所示。EV1003A由三種儀器組成：RP7900系列再生電力系統，它取代了電池在測試裝置中的位置；PA2200系列集成功率分析儀，進(jìn)行功率測量；SD1000安全斷開(kāi)解決方案，處理故障和確保輸出安全。

高電壓、高功率的電池仿真器

EV1003A擴展了功率曲線(xiàn)，使用戶(hù)在一個(gè)電源中有更多的電壓和電流組合。當需要更多的能量時(shí)，可以通過(guò)簡(jiǎn)單的并行連接創(chuàng )建一個(gè)高達150kW的系統。EV1003A解決方案的核心是RP7900。它為汽車(chē)電氣化測試提供了電池仿真能力，如兩象限操作和可編程輸出電阻。例如，RP7900可以作為一種源動(dòng)力來(lái)測試車(chē)輛的系統和接收器功率，以測試車(chē)輛的車(chē)載充電系統和再生制動(dòng)。與一般方法相比，直流精度和動(dòng)態(tài)性能得到了優(yōu)化。所有電流都有一個(gè)測量系統，大大提高了測量性能。

節約成本和“綠色”清潔再生

RP7900的再生能力也使消耗的能量返回到電網(wǎng)中，電力的成本降低了85%以上。該集成功率分析儀使測試的交流和直流功率測量變得更簡(jiǎn)單，它可以測量任何車(chē)輛的功率轉換器，例如車(chē)載充電器的交直流功率轉換效率。

維護測試人員和設備

安全斷開(kāi)系統的設計專(zhuān)門(mén)用于RP7900系列。在對故障的響應中，安全斷開(kāi)將在不到15毫秒內消除輸出電壓。故障可由RP7900或用戶(hù)通過(guò)緊急開(kāi)關(guān)產(chǎn)生，它也符合EMC和安全法規。

設計了一個(gè)解決方案，專(zhuān)門(mén)解決市場(chǎng)面臨的安全、監管和環(huán)境問(wèn)題。這個(gè)解決方案是唯一的商業(yè)的再生電力系統，具有高度集成的安全特性，保護測試人員和測試設備。再生能力使消耗的能量能夠干凈利落地返回到電網(wǎng)中，節省能源消耗和冷卻的成本，同時(shí)不影響電網(wǎng)。解決方案和全球范圍的支持讓用戶(hù)有信心部署高電壓、高功率的解決方案，以滿(mǎn)足市場(chǎng)的快速、高速增長(cháng)的需求。

車(chē)載電源轉換器電路圖

汽車(chē)點(diǎn)煙器獲取的電壓是12的直流電壓，一般的12V低壓電器可直接使用。但有些CD、MP3、MP4等卻需要不同的電源電壓，如3V、6V等等。下面簡(jiǎn)單轉換器可解決這一問(wèn)題。

電路圖如上所示，12V電源從車(chē)載點(diǎn)煙器插孔取出，經(jīng)二刀六位波段開(kāi)關(guān)之一SW1A送入可調三端穩壓器LM317的輸入腳，LM317的調整腳(ADJ)經(jīng)SW1B接入不同阻值的電阻到電源負端。當SW1在不同檔位時(shí)，就可在輸出端獲得1.5V、3.0V、5.0V、6.0V、9.0V、12V幾種電壓，供相應的低壓電器使用。LM317應安裝在鋁散熱器(100×100×25mm)上，主要是因為在1.5V檔時(shí)發(fā)熱量較大。整個(gè)電路裝入適當的小盒中，面板上只設波段開(kāi)關(guān)即可。

圖中R2~R6是輸出電壓設定電阻，若需其它等級電壓，可按下式計算：

VOUT=(1+R2/R1)VREF+IADJ≌(1+R2/R1)VREF

式中VREF為基準電壓，典型值1.25V，IADJ為ADJ腳流出電流，典型值50μA，R2代表圖中R2~R6之一。

圖中C1、C2為防振電容，C3可提高紋波除去率和電路穩定性，D1為輸出短路保護二極管，D2防止輸出端出現高于輸入端電位時(shí)對穩壓器的損害。

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