汽車工業的電氣化以不斷增長的速度發展
，主要受政府頒布關於二氧化碳（CO2）減排標準的驅動。歐盟製定了到2020年新車排放量僅有95g/km的目標。中國等其它國家正在製定類似的法規。為了滿足這些標準
，汽車製造商正在開發輕型混合動力電動車輛
，其使用除標準12V汽車電池之外的次級高壓電池。

 

德國汽車製造商已開始定義並構建基於48V電池的係統。48V電池可在比傳統12V電池更低的電流下提供更多的功率，同時節省線束重量，而不會影響性能。在這種發展過程中
，LV148標準已成為雙電池汽車係統的主要出發點。雙電池係統的頂層框圖如圖1所示。

建議的係統有哪些挑戰？如何克服障礙？許多OEM係統要求聲明
，能量必須從48V軌道傳輸到12V軌(gui)道(dao)
，反(fan)之(zhi)亦(yi)然(ran)。若(ruo)電(dian)池(chi)放(fang)電(dian)，則(ze)需(xu)要(yao)雙(shuang)向(xiang)電(dian)力(li)傳(chuan)輸(shu)來(lai)為(wei)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)，並(bing)且(qie)在(zai)過(guo)載(zai)條(tiao)件(jian)下(xia)為(wei)相(xiang)反(fan)的(de)電(dian)壓(ya)軌(gui)提(ti)供(gong)額(e)外(wai)電(dian)力(li)。為(wei)了(le)在(zai)不(bu)損(sun)壞(huai)電(dian)池(chi)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)對(dui)電(dian)池(chi)充(chong)電(dian)，控(kong)製(zhi)器(qi)必(bi)須(xu)能(neng)夠(gou)非(fei)常(chang)精(jing)確(que)地(di)控(kong)製(zhi)充(chong)電(dian)電(dian)流(liu)。在(zai)大(da)多(duo)數(shu)汽(qi)車(che)應(ying)用(yong)中(zhong)
，最(zui)大(da)功(gong)率(lv)傳(chuan)輸(shu)不(bu)小(xiao)
，通(tong)常(chang)處(chu)於(yu)2kW至3kW的範圍內。兩個軌道上的電壓變化可能很大。根據LV 148規範，48V電源軌通常處於36V和52V之間，而12V電源軌可處在6V至16V的範圍內。保護電路還必須存在
，用於可能損壞係統的任何故障條件。憑借這些要求

，很明顯，橋接48V和12V電壓軌所需的DC / DC轉換器並非一個簡單的設計項目。

 

意識到48V電源軌和12V電源軌的電壓範圍從不重疊大大降低了設計複雜性。對於從48V電源軌到12V電源軌的電源傳輸，可以使用降壓轉換器，而使用升壓轉換器可實現12V至48V電源軌方向的電源傳輸。由於千瓦級功率要求
，每個轉換器應使用同步MOSFET代替續流二極管，以提高係統效率。

 

降jiang壓ya和he升sheng壓ya拓tuo撲pu在zai電dian力li電dian子zi中zhong是shi眾zhong所suo周zhou知zhi的de，但dan是shi設she計ji兩liang個ge單dan獨du的de轉zhuan換huan器qi將jiang占zhan用yong寶bao貴gui的de電dian路lu板ban空kong間jian，並bing增zeng加jia係xi統tong複fu雜za性xing和he成cheng本ben。仔zai細xi觀guan察cha這zhe兩liang種zhong拓tuo撲pu結jie構gou可ke以yi看kan出chu，降jiang壓ya和he升sheng壓ya轉zhuan換huan器qi的de功gong率lv鏈lian非fei常chang相xiang似si。兩liang個ge拓tuo撲pu結jie構gou由you至zhi少shao兩liang個ge功gong率lvMOSFET、一個電感器和一定量的輸出電容組成。控製器是拓撲之間的區別。在降壓拓撲中，受控開關是高側MOSFET；而在升壓拓撲中，它是低側MOSFET。通過簡單地改變受控開關，假設您選擇了正確的控製器，可在使用相同的動力傳動係部件的同時改變電感器中的電流流動方向。圖2所示為從兩個轉換器解決方案到單個轉換器解決方案的演進過程。

 

 

圖2：單控製器雙向轉換器的演變過程

 

雖然同步開關對於高電流設計很有必要，但它並非對所有障礙物有效。在2kW的功率下
，12V電源軌將導通約166A。快(kuai)速(su)查(zha)看(kan)這(zhe)些(xie)內(nei)容(rong)，您(nin)會(hui)發(fa)現(xian)
，您(nin)將(jiang)需(xu)要(yao)多(duo)相(xiang)操(cao)作(zuo)來(lai)在(zai)實(shi)際(ji)操(cao)作(zuo)中(zhong)實(shi)現(xian)這(zhe)個(ge)設(she)計(ji)。通(tong)過(guo)使(shi)用(yong)多(duo)相(xiang)架(jia)構(gou)，可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)組(zu)件(jian)的(de)物(wu)理(li)尺(chi)寸(cun)

，並(bing)使(shi)熱(re)管(guan)理(li)變(bian)得(de)更(geng)加(jia)容(rong)易(yi)。為(wei)了(le)更(geng)容(rong)易(yi)地(di)並(bing)聯(lian)每(mei)個(ge)電(dian)源(yuan)相(xiang)位(wei)，降(jiang)壓(ya)或(huo)升(sheng)壓(ya)模(mo)式(shi)操(cao)作(zuo)中(zhong)的(de)控(kong)製(zhi)方(fang)案(an)應(ying)該(gai)是(shi)電(dian)流(liu)模(mo)式(shi)控(kong)製(zhi)。多(duo)相(xiang)操(cao)作(zuo)還(hai)允(yun)許(xu)每(mei)個(ge)相(xiang)位(wei)的(de)交(jiao)錯(cuo)切(qie)換(huan)。在(zai)每(mei)個(ge)時(shi)間(jian)不(bu)切(qie)換(huan)每(mei)個(ge)相(xiang)位(wei)可(ke)減(jian)少(shao)輸(shu)出(chu)紋(wen)波(bo)，這(zhe)又(you)有(you)助(zhu)於(yu)減(jian)少(shao)電(dian)磁(ci)幹(gan)擾(rao)（EMI）。

 

在所有係統中，您必須設計用於操作員安全的保護電路。常見的保護功能，如欠壓鎖定（UVLO）和過壓保護（OVP），確(que)保(bao)電(dian)池(chi)不(bu)會(hui)充(chong)電(dian)過(guo)猛(meng)或(huo)過(guo)度(du)充(chong)電(dian)。峰(feng)值(zhi)電(dian)感(gan)器(qi)電(dian)流(liu)限(xian)製(zhi)有(you)助(zhu)於(yu)防(fang)止(zhi)每(mei)個(ge)電(dian)源(yuan)相(xiang)承(cheng)受(shou)過(guo)大(da)應(ying)力(li)
，並(bing)使(shi)電(dian)感(gan)器(qi)飽(bao)和(he)。在(zai)雙(shuang)電(dian)池(chi)汽(qi)車(che)設(she)置(zhi)中(zhong)，還(hai)需(xu)要(yao)斷(duan)路(lu)器(qi)來(lai)斷(duan)開(kai)48V和12V軌(gui)道(dao)之(zhi)間(jian)的(de)任(ren)何(he)電(dian)連(lian)接(jie)。監(jian)控(kong)電(dian)路(lu)還(hai)可(ke)以(yi)幫(bang)助(zhu)擴(kuo)展(zhan)安(an)全(quan)功(gong)能(neng)。例(li)如(ru)
，在(zai)能(neng)量(liang)傳(chuan)輸(shu)期(qi)間(jian)
，監(jian)視(shi)每(mei)個(ge)通(tong)道(dao)中(zhong)的(de)電(dian)流(liu)可(ke)以(yi)指(zhi)示(shi)是(shi)否(fou)或(huo)何(he)時(shi)發(fa)生(sheng)故(gu)障(zhang)狀(zhuang)況(kuang)。

 

數字控製DC / DC轉換器是一種可能的解決方案，但是該方法存在幾個主要缺點。首先，需要大量的分立元件：每相的電流檢測放大器、功率MOSFET柵極驅動器、保護電路和監控電路。每個元件將占用印刷電路板（PCB）上(shang)的(de)寶(bao)貴(gui)空(kong)間(jian)。第(di)二(er)

，需(xu)要(yao)高(gao)端(duan)微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)來(lai)實(shi)現(xian)轉(zhuan)換(huan)器(qi)的(de)電(dian)流(liu)和(he)電(dian)壓(ya)控(kong)製(zhi)環(huan)路(lu)。第(di)三(san)，微(wei)控(kong)製(zhi)器(qi)還(hai)在(zai)保(bao)護(hu)電(dian)路(lu)中(zhong)引(yin)入(ru)延(yan)遲(chi)
，這(zhe)可(ke)能(neng)在(zai)高(gao)功(gong)率(lv)水(shui)平(ping)下(xia)引(yin)起(qi)災(zai)難(nan)性(xing)損(sun)壞(huai)。第(di)四(si)，數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)的(de)設(she)計(ji)周(zhou)期(qi)可(ke)以(yi)是(shi)幾(ji)年(nian)的(de)數(shu)量(liang)級(ji)。您(nin)必(bi)須(xu)深(shen)入(ru)了(le)解(jie)開(kai)關(guan)電(dian)源(yuan)和(he)數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)。話(hua)雖(sui)這(zhe)麼(me)講(jiang)，但(dan)還(hai)有(you)一(yi)些(xie)額(e)外(wai)的(de)優(you)點(dian)。從(cong)係(xi)統(tong)級(ji)來(lai)看(kan)，數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)可(ke)以(yi)更(geng)加(jia)靈(ling)活(huo)，允(yun)許(xu)控(kong)製(zhi)方(fang)案(an)參(can)數(shu)和(he)調(tiao)節(jie)電(dian)壓(ya)的(de)動(dong)態(tai)變(bian)化(hua)。與(yu)其(qi)它(ta)子(zi)係(xi)統(tong)共(gong)享(xiang)信(xin)息(xi)可(ke)提(ti)高(gao)總(zong)體(ti)係(xi)統(tong)性(xing)能(neng)。

 

TI的LM5170-Q1同步雙相雙向降壓/升壓控製器解決了許多這些挑戰。集成電流檢測放大器、高電流柵極驅動器和係統保護功能（包括集成斷路器和通道電流監控）消除了數字解決方案中所需的許多分立元件。並行堆疊多個控製器可交付千瓦功率，同時通過LM5170-Q1的專有平均電流模式控製方案優化電流充電電池的控製。閱讀博文“選擇雙向轉換器控製方案”，了解TI的平均電流模式控製方法與常規控製方案的對比情況如何。橋接48V電池和12V電池很複雜，但若您仔細考慮各個步驟的話，也是有可能實現的。