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電動(dòng)汽車(chē)系統中通過(guò)隔離降低EMI的三種方案

時(shí)間:2021-03-16 08:33:10來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 作者: 點(diǎn)擊:次
節能環(huán)保已成為今天電源解決方案的發(fā)展主旋律。電源系統正面臨前所未有的挑戰：環(huán)境的惡化迫使人們不得不考慮采用更加清潔的替代能源；電子設備的發(fā)展也亟需提升現有電源系

　　如果內核電壓超過(guò)規定容差極限，那么數字IC可能會(huì )開(kāi)始復位，否則就會(huì )產(chǎn)生邏輯錯誤。為了防止這一情況的發(fā)生，設計人員需要特別注意所使用的POL模塊的瞬態(tài)性能。數字負載（例如  的AlteraArria10）要求極為快速的瞬態(tài)響應和極低的電壓偏離。為了達到這些目標，許多附加的輸出電容器通常會(huì )被添加到DC/DC轉換器中，以提供直到其反饋環(huán)路能夠響應的保持時(shí)間。從而構成完整的電源解決方案。

　　多年來(lái)，電容技術(shù)不斷發(fā)展，容積效率不斷提高，即便使用更高的容積效率，整個(gè)電源解決方案也會(huì )超過(guò)單個(gè)電源模塊體積的兩倍。這就要求占用PCB較大的空間。然而，在今天更為小型化的系統中通常不能提供這樣大的空間。另外，在計入電容器成本的情況下，電源材料的整體成本也會(huì )超出電源模塊成本許多。

　　隨著(zhù)DC/DC電源模塊技術(shù)的不斷創(chuàng )新，系統設計人員現在可以在使用更少輸出電容的同時(shí)，獲得更快的瞬態(tài)響應、更小的電壓偏離。Altera推出的更新版本CycloneVSoC的電源參考設計，便是一個(gè)典型的例子。這些高度集成的電源解決方案可以使得輸出電容的數量減少一半（10個(gè)減為5個(gè)），極大程度地幫助用戶(hù)簡(jiǎn)化了電源設計難度和成本。影響POL轉換器性能的另一個(gè)決定性因素是噪聲。開(kāi)關(guān)式POL運行在不同頻率上并共享一個(gè)共有輸入總線(xiàn)時(shí)，由此產(chǎn)生的不同頻率及其差異會(huì )造成拍頻問(wèn)題，對EMI濾波造成困難。Enpirion的EM1130模塊具有Sync同步特性，該特性使得設計人員能夠將多個(gè)EM1130模塊的開(kāi)關(guān)頻率與特定頻率同步，從而消除拍頻，并使得EMI濾波更加輕松，而同時(shí)又不會(huì )增加任何的系統額外成本。

　

　　圖2降低輸出電容的數量簡(jiǎn)化電源設計尺寸和成本

　　數字電源的發(fā)展趨勢

　　10多年前，當數字電源產(chǎn)品  次出現時(shí)，大多數的電源設計工程師都對利用DSP的數字電源控制器代替模擬的PWM控制器的概念持懷疑態(tài)度，因為人們容易將數字電源和軟件故障或者是因為系統死機引起的電源爆炸事故聯(lián)系在一起。在包含了數字通信和控制復雜的功率系統所必需的全部功能性產(chǎn)品面世之前，這些基本概念是通過(guò)高成本的DSP或者性能有限的FPGA得到驗證的。雖然數字電源技術(shù)已被證實(shí)具有提高功率系統性能的能力，但業(yè)界還不能接受利用數字技術(shù)處理原來(lái)一直通過(guò)模擬方式完成的工作。在過(guò)去的幾年間，數字電源技術(shù)取得了巨大進(jìn)步，市場(chǎng)分析人士以及投資者對其未來(lái)增長(cháng)潛力非常樂(lè )觀(guān)。

　　首先，我們要了解一下當前數字電源市場(chǎng)有哪些不同的解決方案，先了解清楚數字電源究竟意味著(zhù)什么是很重要的。功率系統監視、監測、故障檢測和數據記錄是“數字電源管理”的一個(gè)重要方面，其可以通過(guò)價(jià)廉的微控制器、FPGA或者PLD實(shí)現，而時(shí)基要求比較低。不過(guò)，數字電源更具有挑戰性的例子是“數字控制電源”，其中有一個(gè)或多個(gè)電源控制環(huán)路，以高速模數轉換器（ADC）和微控制器、狀態(tài)機或DSP控制算法為基礎。

　　根據半導體市場(chǎng)研究機構IMS估計，  數字功率半導體市場(chǎng)將從2012年的27億美元增長(cháng)到2017年的124億美元。服務(wù)器現在是數字電源的  大單一市場(chǎng)，預計2013年占到整體營(yíng)業(yè)收入的33%。2012-2017年該領(lǐng)域的復合年度增長(cháng)率將達44.8%。增長(cháng)  快的數字電源應用領(lǐng)域將是照明，預計2012至2017年，該領(lǐng)域的復合年度增長(cháng)率將達146%。其中來(lái)自L(fǎng)ED照明解決方案的使用不斷增長(cháng)，尤其是需要滿(mǎn)足切相調光解決方案適合采用數字電源控制來(lái)實(shí)現對不同相位調光器的兼容性。同時(shí)，筆記本與平板電腦中的PFC數字電源的復合年度增長(cháng)將分別達99%和82%。主要家用電器中數字電源將增長(cháng)76%，手機中數字電源將增長(cháng)52%。從中可以看出，未來(lái)幾年內數字電源的營(yíng)收增長(cháng)勢頭將遠遠超過(guò)模擬電源。

　　不論是對PFC應用，還是POL應用，一個(gè)可以配置在許多OEM（原始設備制造商）產(chǎn)品平臺上的控制器有助于加快開(kāi)發(fā)速度，并減少需維護的元件庫存，以提高更高的價(jià)值。

　　數字電源更適合于更大功率的應用，因為這類(lèi)應用需要一個(gè)或多個(gè)PFC（功率因數校正）穩壓器、多個(gè)隔離和非隔離的電源軌，以及復雜的冷卻溫度曲線(xiàn)。服務(wù)器電源系統就是數字控制和電源管理在分布式電源架構中提供性能和效率優(yōu)勢的實(shí)例之一。隨著(zhù)越來(lái)越多的數字電源進(jìn)入到服務(wù)器和計算功率領(lǐng)域，其他大功率DPA（分布式電源架構）系統（比如用于電信和數據通信的DPA系統）開(kāi)始采用數字電源解決方案。

　　POL轉換器一般為低電壓、大電流數字負載（如FPGA、微處理器、DSP及其他具有極高動(dòng)態(tài)特性的數字電路）提供電壓。保持電壓在1V左右的  調節，同時(shí)利用純模擬控制技術(shù)來(lái)滿(mǎn)足近200A/ns的負載瞬態(tài)要求變得越來(lái)越困難。有些數字控制器能夠提供在同類(lèi)模擬IC中難以實(shí)現的功能，例如非線(xiàn)性控制。事實(shí)上，幾乎所有的POL數字控制器都包含了一些不同的旨在改善瞬態(tài)響應的控制技術(shù)。這些專(zhuān)用控制算法構成了傳統模擬電源公司進(jìn)入數字電源開(kāi)發(fā)的門(mén)檻。Altera的電源事業(yè)部在去年成功收購創(chuàng )新電源公司Enpirion的基礎上，成功于今年12月在市場(chǎng)上推出一系列高性能的全集成數字電源解決方案。其中，EM1130內部采用數字內核實(shí)現控制環(huán)路，可以滿(mǎn)足極為嚴苛的瞬態(tài)要求，實(shí)現極低的紋波電壓（5mV峰峰值），以及在輸出電壓范圍（0.6V~1.5V）實(shí)現極高的  穩壓±0.5%。同時(shí)可以支持PMBus通信接口，可以實(shí)現遠程  的電流、電壓和溫度監控。容－源－電－子－網(wǎng)－為你提供技術(shù)支持

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