我國新能源汽車正在高速發(fā)展。今年以來,，新能源汽車產(chǎn)銷快速增長,，與傳統(tǒng)燃油車走勢形成強烈差異化的特征，對燃油車市場的替代效應(yīng)逐漸顯現(xiàn),。據(jù)公安部交通管理局消息,，截至2021年9月，全國新能源汽車保有量達678萬輛,，占汽車總量的2.28%,。其中純電動汽車保有量552萬輛，占新能源汽車總量的81.53%,。根據(jù)中汽協(xié)發(fā)布的數(shù)據(jù),，9月，我國新能源汽車銷量首次突破35萬輛,，創(chuàng)歷史新高,。
與此同時，隨著政府“雙碳”戰(zhàn)略的推進,，新能源汽車也迎來了重要的發(fā)展機遇。根據(jù)摩根大通預(yù)測,，到 2025 年,，電動汽車在全球汽車銷量的占比將增至 30% 。而當(dāng)前阻礙電動汽車在消費者中普及的關(guān)鍵因素則是購買價格和行駛里程,。
價格是電動汽車繞不過去的一環(huán),，從購置開銷開看,，以比亞迪唐為例，EV版比燃油版貴了近十萬,；使用開銷呢,，充電過程中額外會帶來停車費開銷，充電價格優(yōu)勢又不太明顯,，如今每千瓦時的平均電價已超過1000美元,。好消息是到2024年，價格預(yù)計將跌至100美元以下,。隨著越來越多的公司接受電動汽車并對其技術(shù)進行創(chuàng)新,，價格將繼續(xù)下降。
隨著價格的下降,，電動汽車的行駛范圍正在增加?，F(xiàn)在新款的電動汽車一次充電實際行駛里程已達480公里以上。隨著行駛距離和充電站數(shù)量逐漸增加,，越來越多的消費者愿意購買電動汽車,。
在電動汽車技術(shù)發(fā)展之路上，TI以獨特優(yōu)勢引領(lǐng)著技術(shù)進步與創(chuàng)新,。TI汽車系統(tǒng)工程與市場營銷部門總監(jiān)Manack Ryan表示,，TI的目標(biāo)是降低汽車制造商的生產(chǎn)成本和消費者的購買價格，進而使得電動汽車得到更廣泛的應(yīng)用,。
改用分布式架構(gòu)
由于成本較低,，集中式架構(gòu)解決方案歷來廣受歡迎，其使用一個中央變壓器和一個偏置控制器來為所有柵極驅(qū)動器生成偏置電壓,。但這種架構(gòu)給實際應(yīng)用帶來了很大挑戰(zhàn),，單一變壓器體積大、成本高,，并且占據(jù)相當(dāng)大的空間,，且在結(jié)構(gòu)振動控制方面表現(xiàn)不佳。此外,，集中式架構(gòu)的電源缺乏冗余,，一旦偏置電源中的單個元件出現(xiàn)故障，整個系統(tǒng)亦會癱瘓,。
部署分布式架構(gòu)則可防止電源故障,，從而打造更可靠的系統(tǒng)。動力總成系統(tǒng)內(nèi)的安全冗余和備用電源已成為確保安全性和可靠性的標(biāo)配,。分布式電源架構(gòu)可為每個柵極驅(qū)動器分配一個與其靠近的專用的,、本地的、方便調(diào)節(jié)的偏置電源，以滿足電動汽車應(yīng)用環(huán)境中的可靠性要求,，因此可以提供冗余并提高系統(tǒng)對單點故障的反應(yīng)能力,。
在分布式系統(tǒng)中，如果某個偏置電源或柵極驅(qū)動器出現(xiàn)故障,，其余五個偏置電源仍在工作,，汽車也將進入安全模式，自動?？吭诼愤叺却乱徊讲僮?。分布式架構(gòu)實現(xiàn)了體積更小、重量更輕,，抗振性更佳的優(yōu)點,。
Manack Ryan表示，TI的技術(shù)和專業(yè)知識可以幫助客戶集成動力系統(tǒng),，以降低成本,，簡化設(shè)計，提高功能安全,，增強可靠性,。動力系統(tǒng)集成還能夠通過在更小的解決方案中實現(xiàn)更高的功率來擴展驅(qū)動范圍，提高系統(tǒng)效率,，并提高功率密度,。
更小的集成變壓器模塊——UCC14240-Q1
外部變壓器偏置電源（如反激式和推挽式控制器）很高、很重且占用面積較大,，阻礙了分布式架構(gòu)在輕型電子設(shè)備中的使用,。電動汽車電源系統(tǒng)需要更先進的器件，即更小的集成變壓器模塊,。為此,，TI近期發(fā)布了全新的UCC14240-Q1隔離式直流/直流偏置電源模塊，它可將變壓器和元件集成到一個經(jīng)優(yōu)化的,、具有低高度的平面磁性元件模塊解決方案中,，有助于實現(xiàn)半分布式和分布式電源架構(gòu)。
UCC14240-Q1隔離式直流/直流偏置電源模塊（圖源：TI公司）
UCC14240-Q1是業(yè)界最小,、最精確的1.5W隔離式DC/DC電源模塊,。使用該產(chǎn)品，可以將性能和功率密度提高到一個新的水平,，同時通過簡單易用的設(shè)備更快地進入市場,。
UCC14240-Q1 VS. 傳統(tǒng)解決方案（圖源：TI公司）
將傳統(tǒng)解決方案與TI的UCC14240-Q1進行比較，可以發(fā)現(xiàn)反激式和推挽式轉(zhuǎn)換器通常以低于中波（AM）無線電頻段的開關(guān)頻率工作,，開關(guān)頻率為550kHz及以下,。這種較低的開關(guān)操作頻率,，加上高壓系統(tǒng)需要的爬電距離和電氣間隙，導(dǎo)致變壓器相對較大,。在本例中，額定電壓的有效值為2000VRMS的推挽變壓器使用12mm×15mm的封裝面積和11mm的高度,。
相較而言,，TI的集成變壓器技術(shù)為系統(tǒng)帶來了明顯的尺寸效益。變壓器集成在電路板內(nèi)部,，與傳統(tǒng)方案相比,，尺寸降低了7mm以上，縮小了一半面積并將厚度降低至3.55mm,。此外,，TI解決方案的額定絕緣電壓更高，為3000VRMS,。該款產(chǎn)品的絕緣性能經(jīng)由100%的生產(chǎn)測試和獨立的第三方認證,。
此外，該款產(chǎn)品使用專有集成變壓技術(shù),，UCC14240-Q1將整流器,、緩沖器和電壓調(diào)節(jié)器等功能融入電路板中，消除了對復(fù)雜外部組件的需求,，為設(shè)計工程師節(jié)省了大量的開發(fā)時間,。通過集成變壓技術(shù)，工程師可將其解決方案的體積縮小75%,，并將BOM組件數(shù)量從26個縮減至10個,。
UCC14240-Q1特性（圖源：TI公司）
由于UCC14240-Q1具有尺寸和效率方面的優(yōu)勢，因此可實現(xiàn)更高的功率密度和系統(tǒng)效率,，使汽車在每次充電后行駛更遠的里程,。這款雙路輸出電源模塊的效率為60%，比傳統(tǒng)的偏置電源高一倍,，這使得功率密度翻倍,，而且有助于提高汽車行駛里程。該器件的輸出功率旨在支持多種汽車應(yīng)用,，在105°C的環(huán)境溫度下,，UCC14240-Q1的功率超過1.5W，支持工程師在高頻率下驅(qū)動絕緣柵雙極晶體管 (IGBT),、碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 開關(guān),。
UCC14240-Q1的另一個特點在于實現(xiàn)更低的EMI。由于其初級到次級電容非常低,，僅為3.5pF,，而傳統(tǒng)反激式和推挽式電路中常用的變壓器存在初級到次級電容的問題,，大概從10pF到35pF，因為它們必須限制電路中的漏感并將繞組推得更近,。TI的集成變壓器技術(shù)限制了這種電容,，當(dāng)與軟開關(guān)控制方案結(jié)合使用時，可以限制EMI,。
UCC14240-Q1不僅提供正負輸出用于優(yōu)化開關(guān),，還具有閉環(huán)調(diào)節(jié)功能，能夠在-40℃~150℃的汽車溫度范圍內(nèi)將兩個輸出電壓調(diào)節(jié)到±1%的精度范圍以內(nèi),。由于器件容差小,，因此可以使用更小的電源開關(guān)，同時增強過流保護,。此外,，該器件全面集成了故障監(jiān)控、過流保護,、過功率保護和過熱保護,。還具有經(jīng)第三方認證的3kVrms隔離電壓，而且因為很輕的重量和3.55mm的厚度,，可實現(xiàn)卓越的抗振性,。
Manack Ryan最后表示，這是目前市場上最小的解決方案,，它可以用于電路板的頂部和底部,，從而為設(shè)計提供更大的靈活性。為了更多消費者更放心地購買電動汽車,，諸如TI這類技術(shù)創(chuàng)新者正在持續(xù)努力,，不斷攻克電動汽車普及之路上的各項技術(shù)痛點，打消各種可能的顧慮,，為電動汽車的廣泛推行發(fā)揮著積極作用,。
