【导读】 汽车电气化或者是咱们这个时代影响最广的电源应战。这是汽车 OEM 厂商在从内燃机向纯电动汽车转型的环节中面临的一个环球性疑问。各地的研发团队都在探求新的方法，试图找到更好的处置打算来处置新旧电源的难题。

高带宽和软开关拓扑是应答以后厚道的电动汽车电源电子技术应战的现实处置打算汽车电气化或者是咱们这个时代影响最广的电源应战。这是汽车 OEM 厂商在从内燃机向纯电动汽车转型的环节中面临的一个环球性疑问。各地的研发团队都在探求新的方法，试图找到更好的处置打算来处置新旧电源的难题。在规范电动汽车 (EV) 中，关键的设计思考起因是配电与架构。当然，这些系统或者很复杂，其中整个车辆依托电池（400V 或 800V）为高压控制电子设施 (12V)提供了高压直流， 还有一个由 AC 电源供电的电机。在这种框架中，高压母线上须要 DC-DC 转换器来将电压降至较低水平，以便为下游负载供电。这些转换器依赖于数百K赫兹的高频率开关。因此，它们是系统内经常出现的电磁搅扰 (EMI) 源。为了对消其发生 EMI ，须要在 DC-DC 转换器输入端部署公用 EMI 滤波器，将其作为低通滤波器，衰减超越截止频率的噪声。电源架构中另一个无法或缺的组件是电机驱动器，它是将电池的 DC 输入转换为 AC ，为电动汽车电机供电的必须品。在能量再生和推进环节中，电机驱动器会在系统的高压母线中发生多余的高压纹波。这种纹波给 DC-DC 转换器及其关系滤波器的安保性、牢靠性及经常使用寿命带来了严重应战（图 1）。

图 1：电机驱动器发生的纹波影响了电动汽车的高压母线。

纹波对 DC-DC 转换器的危害电机驱动器开关上班发生的高压纹波会给 DC-DC 转换器及其关系滤波器甚至下游电子器件带来不利影响。观察滤波器会发现，由纹波惹起的电压和电流会在滤波器组件之间惹起自发热

(PLOSS= I2rms• RESR)。这种有害的发热将造成组件退步和组件缺点，最终会降落经常使用寿命及系统牢靠性。在无阻尼滤波器设计中，这种侵害会加剧，其中纹波噪声或者会出如今 EMI 滤波器的谐振频率上（图 2）。在这些状况下，过压和过流会进一步损坏组件，造成运转失灵和突发缺点。假设治理不当，波纹噪声就会给电动汽车带来安保隐患。

图 3：滤波器输入阻抗对滤波器外部损耗发生间接影响。在本示例中，绿色波形示意输入阻抗更高（即损耗更高）的滤波器，高达 16kHz。 图 4：滤波器可修正为最大限制降落输入阻抗和损耗，但这须要更大的滤波器组件。在本示例中，L1 和 C4 区分变大 20 倍和 50 倍，以最大限制降落输入阻抗。

经常使用高带宽电源模块处置纹波克服疑问一种更有效的处置打算是将高开关频率与软开关拓扑相联合的 DC-DC 转换器。任何数量的 Vicor 高密度电源模块均可成功纹波克服。Vicor DCM™、BCM® 和 ZVS 稳压器模块均驳回高频率，使转换用具备更大的闭环带宽。这些更大的带宽可间接转化为更清楚的纹波克服，由于系统可以更好地处置更宽频率范畴内的噪声，包含与电机驱动器上班无关的频率（图 5）。

图 5：高带宽 DC-DC 转换器从输入到输入的频率照应（即衰减）。在本实例中，Vicor 高带宽转换器可将高达 20kHz 的频率衰减至少 65dB。

另外一个长处是，经常使用高频率 DC-DC 转换器就能设计清楚更小的 EMI 滤波器，节俭空间、减轻重量。由于滤波器不再须要顺应较低的频率，因此咱们可以将滤波器的截止频率切换到更高频率。这种更高频率的上班可成功更小的滤波器组件，进而成功更高功率密度的系统。

雷同关键的是要留意，更高的开关频率并不必定象征着更蹩脚的 EMI 足迹。经常使用适当的软开关拓扑和控制器，不只可坚持低噪声量级，而且还可简化对其的衰减，由于 EMI 滤波器可从寄生参数中束缚进去。经过这种模式，Vicor 高带宽电源模块可协助汽车系统提高纹波克服才干、牢靠性和功率密度（图 6）。

图 6：Vicor DC-DC 转换器将高带宽与软开关拓扑相联合，比传统处置打算更有效地处置了电动汽车中与纹波克服关系的难题。

改善汽车供电网络由于电机驱动器运转发生的高压纹波影响，设计牢靠的高功率密度汽车系统极具应战性。许多人试图经过参与 DC-DC 转换器滤波器的组件尺寸来处置这个疑问，结果造成系统变得更宏大、更重。鉴于系统重量会间接影响行驶里程，因此汽车供电网络 (PDN) 不适宜经常使用更大、更重的电源组件。雷同，Vicor 经过具备高带宽和软开关拓扑共同组合的紧凑型 DC-DC 电源模块，游刃缺乏地处置了这些疑问。Vicor 模块化处置打算可带来更持重牢靠、功率密度更高的 PDN。Vicor 电源模块易于散热，效率高，并可简化电源系统设计。更关键的是，它们具备很高的功率密度、高度的灵敏性和可裁减性，是以后灵活 xEV 的现实处置打算。汽车 PDN 从未在如此短的期间内教训如此极其的改革。随着 OEM 厂商缩小对内燃机的投资，研发团队面临有数的电源电子技术应战，向 48V 母线的过渡使其愈加复杂。在有限的空间内上班时，纹波克服是更复杂的电源应战之一。幸运的是，Vicor 紧凑型电源模块（DC-DC 转换器）系列驳回高频率和软开关拓扑，是应答以后厚道的电动汽车电源电子技术应战的现实处置打算。

（ 陈隽恆 VICOR中国汽车业务开发部初级经理）

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