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充電機(jī)：充電機(jī)一般有三塊電路，邏輯控制電路、交流輸入級(jí)和DC-DC；這三塊都是要隔離的，只有邏輯控制電路需要同12V鏈接在一起，其整體架構(gòu)可以通過單路的SBC來實(shí)現(xiàn)。
DC-DC：也是前后兩級(jí)，高壓級(jí)和低壓級(jí)。高壓級(jí)的控制，需要隔離，后面的12V，也可以用SBC。
BMS：BMS分子單元和主單元；子單元的電壓軌道需要隔離；主單元一般有3～4路CAN，與子單元通信，與VCU通信還有診斷通路。
逆變器：逆變器的主要由控制邏輯電路、驅(qū)動(dòng)電路和功率部分所組成的，電源設(shè)計(jì)的難點(diǎn)主要是在驅(qū)動(dòng)電路的多路電源供給。

本文主要針對(duì)車載充電機(jī)部分進(jìn)行展開。

第一部分車載充電機(jī)

比如我們拿出一個(gè)典型的新能源汽車充電機(jī)的整體規(guī)格來看：

圖1 典型的新能源汽車車載充電機(jī)

在WEBENCH里面的實(shí)測結(jié)果如下：

圖2 WEBENCH的主體結(jié)果

那這個(gè)工具如何能幫到我們的工程師呢？這里我們就重點(diǎn)來對(duì)整個(gè)設(shè)計(jì)進(jìn)行分解，一般的車載充電機(jī)可以分為：

LLC
全橋
正激

其主體部分是高壓對(duì)高壓，對(duì)WEBENCH的要求比較高。

圖3典型充電機(jī)主拓?fù)?/p>

而我們整體勾勒出整個(gè)充電機(jī)的系統(tǒng)架構(gòu)可以看出：

主控電源的供給電路（非隔離電源）
充電機(jī)整個(gè)偏置電路的供給（隔離電源）

圖4 典型的新能源汽車車載充電機(jī)

第二部分輔助電源設(shè)計(jì)

2.1 先來談汽車電子里面主控電源的供給電路：

電源設(shè)計(jì)是需要單獨(dú)進(jìn)行考慮的，主要考慮的問題如下：

模塊電源分配：確認(rèn)其他電路模塊需要的電壓和電流
模塊電源保護(hù)：涉及三方面內(nèi)容，反接保護(hù)電路、瞬態(tài)抑制電路和靜電防護(hù)。
模塊電源的管理策略：主要包含電壓幅度管理策略、靜電電流管理和睡眠喚醒策略三方面內(nèi)容

低功率LDO設(shè)計(jì)：為邏輯電源、測量電路和傳感器設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源

高功率DC-DC電源設(shè)計(jì)：為功率需求較大的電路部分設(shè)計(jì)穩(wěn)壓電源，我們這里首先考慮使用DCDC的電源設(shè)計(jì)方法

? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?圖5 汽車電子主控電源設(shè)計(jì)概覽

我們往常的設(shè)計(jì)流程為：

草案設(shè)計(jì)，使用Matchad或者Excel將所有的參數(shù)進(jìn)行羅列和計(jì)算，將所有的器件設(shè)計(jì)參數(shù)導(dǎo)入至輸入級(jí)
仿真和最壞情況分析用Mathcad進(jìn)行初步計(jì)算，然后使用Saber做細(xì)節(jié)仿真
實(shí)測常溫下和各種輸入狀態(tài)下的情況
環(huán)境實(shí)驗(yàn)、EMC實(shí)驗(yàn)摸底
可靠性試驗(yàn)定性測試

在電源設(shè)計(jì)中，首要的是確認(rèn)電源的設(shè)計(jì)指標(biāo)，器件選型：對(duì)于器件選型還需要可靠性知識(shí)和按照器件的降額標(biāo)準(zhǔn)，關(guān)鍵元器件IC 、L、C、D，R選擇、評(píng)估與計(jì)算；

A.電源IC選型：最主要的三個(gè)參數(shù)是：輸入電壓、輸出電壓及最大輸出電流。據(jù)產(chǎn)品的工作電流來選擇：較合適的是工作電流最大值為電源IC最大輸出電流的70～90%。

B.電感選型：這里需要考慮的參數(shù)主要有，電感量，DCR（頻率高的還要考慮ACR），飽和電流Isat有效電流Irms

? ???? 電感量L：導(dǎo)致DC-DC效率降低，相應(yīng)的電感成本也會(huì)增加。L越大，儲(chǔ)能能力越強(qiáng)，紋波越小，所需的濾波電容也就小，L越大，通常要求電感尺寸也會(huì)變大，DCR增加。
? ? ? 根據(jù)電感的精度，計(jì)算出有一定裕量的電感值例如：對(duì)于20%精度的電感，考慮到5%的設(shè)計(jì)裕量。則DC-DC所需的電感為L=1.25*Lmin
? ? ? 確定我們所需的電感為比計(jì)算出的電感L稍大的標(biāo)稱電感

C.電容選型：設(shè)計(jì)考慮參數(shù)為：電容值、容差、耐壓、ESR、使用溫度、尺寸、材質(zhì)、直流偏置效應(yīng)、漏電流；?商務(wù)考慮因素：價(jià)格、供貨

? ? ? ?輸入電容計(jì)算：雖然不及CL 對(duì)輸出穩(wěn)定性的影響大，但CIN 也是電容值越大、ESR 越小則輸出穩(wěn)定性越好，紋波也越小。大到某種程度，降低輸出紋波的效果會(huì)變小，?從防止對(duì)輸入側(cè)的電磁干擾的意義上說，電容值應(yīng)從CL 的一半左右。雖然是一般不常進(jìn)行確認(rèn)的數(shù)據(jù)，但對(duì)降低EMI 是很重要的數(shù)據(jù)。CIN 不會(huì)因ESR太小而輸出振蕩，所以盡量使用低ESR 電容。

??? ? 輸出電容計(jì)算：Cin=I load(Max)*D*(1-D)/Fs*(Delta_Vin-Iload(Max))*ESR.CIN；CL 越大則紋波越小，但過分大的話，電容器的形狀也大，成本提高。CL 由所需的紋波大小而定。

D.二極管選型：IF正向電流要大，VF正向壓降要小，反向回復(fù)時(shí)間快；首選肖特基二極管，額定電流必須大于電路峰值電流選取。SBD有關(guān)絕對(duì)最大額定值，根據(jù)與FET同樣的理由，應(yīng)選擇相對(duì)于使用條件的1.5 倍～2 倍左右的產(chǎn)品。SBD 的損失為正向熱損失VF×IF 和反向漏電流IR 引起的熱損失的合計(jì)值。

2.2WEBECN設(shè)計(jì)過程

在WEBENCH的設(shè)計(jì)過程，主要把之前的控制點(diǎn)先完成了。

WEBENCH汽車設(shè)計(jì)工具：點(diǎn)擊查看

基本的設(shè)計(jì)過程