reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
reklama
© janaka dharmasena dreamstime.com_technical Technologie | 20 stycznia 2016

Aplikacje i przegl膮d konwerterów zasilaj膮cych dla motoryzacji

Modu艂y elektroniczne s膮 obecne w samochodach na coraz wi臋ksz膮 skale, a liczne systemy elektroniczne nowoczesnych aut musz膮 by膰 zasilane z wydajnych i stabilnych 藕r贸de艂. Zapraszamy do lektury artyku艂u technicznego na ten temat.
Wsp贸艂czesne samochody staj膮 si臋 bardziej zale偶ne od elektroniki, bowiem w coraz wi臋kszej liczbie system贸w sterowanie mechaniczne zast臋powane jest elektrycznym. Szybko ro艣nie te偶 liczba uk艂ad贸w poprawiaj膮cych komfort podr贸偶owania, jak elektrycznie regulowane fotele, szyby, inteligentne systemy o艣wietlenia bazuj膮ce na LED i podobne. Przyk艂adem mo偶e by膰 system wspomagania uk艂adu kierowniczego, kt贸ry bazuje na serwomechanizmach elektrycznych,system sterowania automatyczn膮 skrzyni膮 bieg贸w, elektryczne pompy paliwa oraz uk艂adu ch艂odzenia i podobne. Jeszcze wi臋ksz膮 liczb臋 obwod贸w elektrycznych zawieraj膮 pojazdy hybrydowe, samochody elektryczne a tak偶e zwyk艂e pojazdy wyposa偶one w ekologiczne rozwi膮zania typu system start-stop. Liczne systemy takich pojazd贸w musz膮 by膰 zasilane z wydajnych i stabilnych 藕r贸de艂, a z uwagi na konieczno艣膰 komunikacji i sterowania, cz臋sto tak偶e ich obwody zasilaj膮ce musz膮 by膰 izolowane galwanicznie. Wiele rozwi膮za艅 system贸w zasilania w takich przypadkach bazuje na izolowanych konwerterach DC-DC. Na rysunku 1. pokazano przyk艂adowe obwody steruj膮ce samochodu z nap臋dem hybrydowym, w kt贸rych wykorzystywane s膮 konwertery DC-DC. Najwa偶niejsz膮 cz臋艣ci膮 samochodu hybrydowego lub elektrycznego jest zesp贸艂 BMS (Battery Management System), kt贸ry odpowiada za zasilanie silnika elektrycznego oraz za 艂adowanie akumulatora energi膮 odzyskiwan膮 podczas hamowania. Jego skuteczne dzia艂anie wymaga ci膮g艂ego monitorowania aktualnych warunk贸w pracy zespo艂u nap臋dowego, stanu akumulatora oraz warunk贸w otoczenia, g艂贸wnie temperatury. W przypadku samochodu elektrycznego najwa偶niejszym zadaniem dla BMS staje si臋 nadz贸r nad stanem i 艂adowaniem zespo艂u akumulator贸w, gdy偶 od nich zale偶y w najwi臋kszym stopniu funkcjonalno艣膰 pojazdu. Na rysunku 3 pokazany zosta艂 schemat blokowy przyk艂adowego modu艂u BMS wraz z obwodami wymagaj膮cymi izolacji galwanicznej. Modu艂 BMS Modu艂 BMS jest odpowiedzialny za pr贸bkowanie napi臋膰 poszczeg贸lnych ogniw baterii, kontrol臋 temperatury, balansowanie ogniw oraz monitorowanie pr膮du i napi臋cia. Obwody elektryczne tego systemu musz膮 mie膰 mo偶liwo艣膰 pracy w zakresie temperatur od 鈥40 do +125潞C oraz posiada膰 aprobat臋 jako艣ci AEC-Q100. Do takich aplikacji firma Mornsun proponuje now膮 seri臋 izolowanych jednowatowych przetwornic DC-DC CF0505XT-1WR2, kt贸re spe艂niaj膮 powy偶sze wymagania temperaturowe i jako艣ciowe oraz maj膮 wysokiej jako艣ci izolacj臋 galwaniczn膮 pomi臋dzy wej艣ciem a wyj艣ciem konwertera wytrzymuj膮c膮 napi臋cie rz臋du 3,5 kVDC. Dodatkowo ich konstrukcja jest w pe艂ni odporna na przeci膮偶enia, zwarcia i stany nieustalone, a napi臋cie wyj艣ciowe charakteryzuje si臋 niskim poziomem szum贸w i t臋tnie艅 w pe艂nym zakresie obci膮偶e艅 i napi臋膰 wej艣ciowych. Kolejnym wa偶nym blokiem jest sterownik silnika elektrycznego. Urz膮dzenie to przekszta艂ca sta艂e napi臋cie dostarczane przez akumulator na przemienne tr贸jfazowe napi臋cie podawane na trzy uzwojenia silnika indukcyjnego. Formalnie sterownik ten jest tr贸jfazowym falownikiem ze sterowaniem wektorowym wykonanym z wykorzystaniem trzech przekszta艂tnik贸w napi臋cia na tranzystorach IGBT. Poza funkcj膮 zasilania silnika z regulacj膮 mocy i obrot贸w sterownik musi dostarcza膰 zwrotne sygna艂y do komputera nadzoruj膮cego na temat pr膮d贸w i napi臋膰 we wszystkich uzwojeniach, co jest wymagane z uwagi na konieczno艣膰 wykrywania i reagowania na przeci膮偶enia. Poza stopniem mocy wykonanym na sze艣ciu tranzystorach IGBT u艂o偶onych w mostek, niezb臋dne s膮 drivery steruj膮ce tymi tranzystorami wraz z uk艂adami zasilania dla tych obwod贸w, plus dodatkowe napi臋cia stabilizowane dla procesora sygna艂owego steruj膮cego prze艂膮czaniem i realizuj膮cego algorytm steruj膮cy. Skuteczne, czyli szybkie i pewne, prze艂膮czanie tranzystor贸w IGBT pomi臋dzy stanem silnego nasycenia a zatkania (odci臋cia) wymaga uk艂adu drivera zdolnego do podania na bramk臋 pr膮du steruj膮cego o du偶ej warto艣ci, tak aby tranzystor jak najszybciej wszed艂 w stan nasycenia. Jest to kluczowe z uwagi na konieczno艣膰 zapewnienia ma艂ych strat mocy przez skr贸cenie do minimum czasu, w kt贸rym tranzystor znajduje si臋 w stanie aktywnym. Z kolei wy艂膮czanie tranzystora wymaga podania na bramk臋 ujemnego napi臋cia zasilaj膮cego po to, aby szybko usun膮膰 艂adunek zgromadzony w obszarze bazy i wy艂膮czy膰 tranzystor z jak najkr贸tszym op贸藕nieniem. Innymi s艂owy, driver IGBT musi by膰 zasilany napi臋ciem symetrycznym z zasilacza zdolnego dostarczy膰 pr膮d chwilowy o du偶ej warto艣ci. Co wi臋cej, konwertery zasilaj膮ce obwody poszczeg贸lnych driver贸w powinny mie膰 izolacj臋 elektryczn膮 wysokiej jako艣ci, bo na poszczeg贸lnych elementach IGBT pojawiaj膮 si臋 do艣膰 du偶e przepi臋cia wynikaj膮ce z szybkiego prze艂膮czania napi臋膰 w uzwojeniach silnik贸w indukcyjnych. Do takich uk艂ad贸w fi rma Mornsun proponuje konwertery DC-DC QA04, kt贸re zosta艂y opracowane specjalnie pod k膮tem zasilania obwod贸w drivera. Przetwornice pracuj膮 w zakresie temperatur od 鈥40 do +105潞C a ich izolacja wytrzymuje 3 kVAC. Warto zauwa偶y膰, 偶e producentowi uda艂o si臋 osi膮gn膮膰 bardzo ma艂膮 pojemno艣膰 mi臋dzy uzwojeniem pierwotnym a wt贸rnym 鈥 jedynie 10 pF, co ogranicza mo偶liwo艣膰 przenoszenia si臋 przepi臋膰 z wyj艣cia na wej艣cie i poprawia stabilno艣膰 pracy. Konwertery dostarczaj膮 na wyj艣ciu dw贸ch napi臋膰 +15 i 鈥8,7 V i mog膮 wsp贸艂pracowa膰 z obci膮偶eniem pojemno艣ciowym a偶 do 1000 渭F, co umo偶liwia wykorzystanie kondensator贸w o du偶ej pojemno艣ci do gromadzenia du偶ego du偶ego 艂adunku niezb臋dnego do uzyskania chwilowej du偶ej warto艣ci pr膮du steruj膮cego bramk膮 IGBT (szybkie prze艂adowanie). Obwody QA04 s膮 oczywi艣cie zabezpieczone przed przeci膮偶eniem a dodatkowo po w艂膮czeniu napi臋cie na ich wyj艣ciu narasta bez przerzut贸w i oscylacji. 艂adowania akumulatora Niezb臋dn膮 cz臋艣ci膮 samochodu elektrycznego jest uk艂ad 艂adowania akumulatora. Poza wprowadzeniem 艂adunku elektrycznego do ogniw jego niezb臋dnym elementem jest uk艂ad balansuj膮cy, zapewniaj膮cy dobre na艂adowanie wszystkich ogniw wchodz膮cych w sk艂ad baterii i likwidacj臋 r贸偶nic charakterystyki elektrycznej wynikaj膮cych z tolerancji wykonania i parametr贸w ogniw oraz ich nier贸wnomiernego starzenia. 艁adowarka powinna zapewnia膰 jak najszybszy proces 艂adowania po to, aby zminimalizowa膰 czas wymagany na t臋 operacj臋. Jak pokazano na rysunku 5, g艂贸wnym elementem systemu jest wydajna 艂adowarka zapewniaj膮ca pr膮d rz臋du 30 A. Do ka偶dego z ogniw do艂膮czony jest uk艂ad balansuj膮cy, kt贸rego zadaniem jest wyr贸wnanie procesu 艂adowania dla ka偶dego z ogniw, gdy偶 przy po艂膮czeniu szeregowym na skutek r贸偶nych parametr贸w poszczeg贸lnych celi bez uk艂adu balansuj膮cego jedne ogniwa by艂y prze艂adowane, a inne niedo艂adowane, co nie tylko nie pozwoli艂oby uzyska膰 pe艂nej wydajno艣ci ogniw, ale tak偶e mog艂o by膰 niebezpieczne. Uk艂ad 艂adowarki wykorzystuje zwykle tak偶e dodatkowy zasilacz pomocniczy URB2404LD-3000, kt贸ry u偶ywany jest jako 藕r贸d艂o zasilania po na艂adowaniu akumulatora z 艂adowarki g艂贸wnej. Jest on u偶ywany do zasilania uk艂adu balansuj膮cego oraz do艂adowania wszystkich ogniw do pe艂nej pojemno艣ci. Zasilacz URB2404LD-3000 dostarcza pr膮d 3 A przy napi臋ciu wej艣ciowym 9鈥36 V i przeznaczony jest do wsp贸艂pracy z akumulatorami litowo-jonowymi o napi臋ciu znamionowym 3,3 oraz 3,7 V. Zasilacz ten ma mo偶liwo艣膰 zdalnego sterowania i precyzyjnej regulacji napi臋cia wyj艣ciowego. Wej艣cie i wyj艣cie s膮 izolowane galwanicznie, izolacja wytrzymuje napi臋cie 1,5 kV. Artyku艂 opublikowano dzi臋ki uprzejmo艣ci firmy 漏 Micros sp. j. W. K臋dra i J. Lic ul. E. Godlewskiego 38, 30-198 Krak贸w tel. 12 636 95 66, faks 12 636 93 99 biuro@micros.com.pl, www. micros.com.pl
reklama
reklama
Za艂aduj wi臋cej news贸w
February 15 2019 09:57 V12.1.1-2