高带宽和软开关拓扑是应对当前苛刻的电动汽车电源电子技术挑战的理想解决方案

  汽车电气化可能是我们这个时代影响最广的电源挑战。这是汽车 OEM 厂商在从内燃机向纯电动汽车转型的过程中面临的一个全球性问题。各地的开发团队都在探索新的方法，试图找到更好的解决方案来解决新旧电源的难题。

  在标准电动汽车 (EV) 中，主要的设计考虑因素是配电与架构。当然，这些系统可能很复杂，其中整个车辆依靠电池（400V 或 800V）为低压控制电子设备 (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，高压母线上需要 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，它们是系统内常见的电磁干扰 (EMI) 源。为了抵消其产生 EMI ，需要在 DC-DC 转换器输入端部署专用 EMI 滤波器，将其作为低通滤波器，衰减超过截止频率的噪声。

  电源架构中另一个不可或缺的组件是电机驱动器，它是将电池的 DC 输出转换为 AC ，为电动汽车电机供电的必需品。在能量再生和推进过程中，电机驱动器会在系统的高压母线中产生多余的高压纹波。这种纹波给 DC-DC 转换器及其相关滤波器的安全性、可靠性及常规使用的寿命带来了重大挑战（图 1）。

  电机驱动器开关工作产生的高压纹波会给 DC-DC 转换器及其相关滤波器甚至下游电子器件带来不利影响。

  (PLOSS = I2rms • RESR)。这种有害的发热将导致组件退化和组件故障，最终会降低常规使用的寿命及系统可靠性。在无阻尼滤波器设计中，这种损害会加剧，其中纹波噪声有极大几率会出现在 EMI 滤波器的谐振频率上（图 2）。在这一些状况下，过压和过流会进一步损坏组件，导致运转失灵和突发故障。如果管理不当，波纹噪声就会给电动汽车带来安全隐患。

  图 2：DC-DC 转换器输入滤波器设计用于衰减高频率噪声，而且可能具有与电机驱动器频率范围重叠的谐振。

  除了对 EMI 滤波器造成损失破坏外，电机驱动器纹波还会对 DC-DC 转换器的输出产生不良影响。

  转换器的闭环带宽是衡量该单元在一定频率下对波动作出响应的能力。可将它视为一个高通滤波器：如果噪声发生的频率高于闭环带宽的频率，则转换器就无法将其滤除。

  面临的挑战是，汽车 DC-DC 转换器通常设计为仅几千赫兹的闭环带宽，而电机驱动器纹波则发生在更高的频率。同时，作为低通的 EMI 滤波器，其截止频率通常过高，无法衰减纹波噪声。

  最终的结果是，闭环衰减不足以减弱通过低通滤波器的噪声，而且噪声在转换器输出端会变得清晰可见。这会导致下游低压电子科技类产品的损坏和故障，它们无法处理这类高压纹波。

  看看电机驱动器，我们会发现一些方案，包括增加 DC 链路电容、修改驱动器配置文件以及在电机驱动器工作中实施“禁飞区”等。

  增加 DC 链路电容并不理想，因为它需要较大的电容器，会占用更多空间并增加车辆重量。在空间和重量都很重要的电动汽车中，这种解决方案没有一点吸引力。替代方案“禁飞区”和修改驱动器配置文件都会增加控制管理系统的复杂性并减少驱动器选项。

  滤波器层面的通用解决方案可能会是重新设计滤波器，使其具有较低的截止频率。由于具有较低的截止频率，滤波器就能更好地衰减与电机驱动器工作有关的噪声。

  这里的问题是截止频率很低的滤波器需要大型滤波器组件（即电感器和电容器）。这些大型组件会占用系统空间并增加系统重量，这在寻求优化功率密度的电动汽车设计中是不可取的。让这样的一个问题更复杂的是，在给定频率范围内具有更大输出阻抗（即更大滤波器衰减）的滤波器会导致更大的功耗和滤波器的发热（图 3）。因此，使用截止频率较低的滤波器则需要为滤波器组件提供较大的散热器，这将进一步增加系统尺寸和重量。虽然滤波器可设计成最大限度降低输出阻抗和损耗，但这也需要更大的滤波器组件（图 4），进而需要对系统重量和尺寸进行权衡。

  图 3：滤波器输出阻抗对滤波器内部损耗产生直接影响。在本示例中，绿色波形表示输出阻抗更高（即损耗更高）的滤波器，高达 16kHz。

  图 4：滤波器可修改为最大限度降低输出阻抗和损耗，但这需要更大的滤波器组件。在本示例中，L1 和 C4 分别变大 20 倍和 50 倍，以最大限度降低输出阻抗。

  一种更有效的解决方案是将高开关频率与软开关拓扑相结合的 DC-DC 转换器。任何数量的 Vicor 高密度电源模块均可实现纹波抑制。Vicor DCM™、BCM® 和 ZVS 稳压器模块均采用高频率，使转换器具有更大的闭环带宽。这些更大的带宽可直接转化为更显著的纹波抑制，因为系统能更好地处理更宽频率范围内的噪声，包括与电机驱动器工作有关的频率（图 5）。

  图 5：高带宽 DC-DC 转换器从输入到输出的频率响应（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。

  另外一个优势是，使用高频率 DC-DC 转换器就能设计明显更小的 EMI 滤波器，节约空间、减轻重量。由于滤波器不再需要适应较低的频率，因此我们大家可以将滤波器的截止频率切换到更高频率。这种更高频率的工作可实现更小的滤波器组件，进而实现更高功率密度的系统。

  同样重要的是要注意，更高的开关频率并不一定意味着更糟糕的 EMI 足迹。使用适当的软开关拓扑和控制器，不仅可保持低噪声量级，而且还可简化对其的衰减，因为 EMI 滤波器可从寄生参数中解放出来。

  通过这样的形式，Vicor 高带宽电源模块可帮助汽车系统提高纹波抑制能力、可靠性和功率密度（图 6）。

  图 6：Vicor DC-DC 转换器将高带宽与软开关拓扑相结合，比传统解决方案更有效地解决了电动汽车中与纹波抑制相关的难题。

  由于电机驱动器运行产生的高压纹波影响，设计可靠的高功率密度汽车系统极具挑战性。许多人试图通过增加 DC-DC 转换器滤波器的组件尺寸来解决这一个问题，结果导致系统变得更庞大、更重。鉴于系统重量会直接影响行驶里程，因此汽车供电网络 (PDN) 不适合使用更大、更重的电源组件。

  相反，Vicor 通过具有高带宽和软开关拓扑独特组合的紧凑型 DC-DC 电源模块，游刃有余地解决了这样一些问题。Vicor 模块化解决方案可带来更稳健可靠、功率密度更高的 PDN。Vicor 电源模块易于散热，效率高，并可简化电源系统模块设计。更重要的是，它们具备极高的功率密度、高度的灵活性和可扩展性，是当前动态 xEV 的理想解决方案。

  汽车 PDN 从未在如此短的时间内经历如此极端的变革。随着 OEM 厂商减少对内燃机的投资，研发团队面临无数的电源电子技术挑战，向 48V 母线的过渡使其更为复杂。在有限的空间内工作时，纹波抑制是更复杂的电源挑战之一。幸运的是，Vicor 紧凑型电源模块（DC-DC 转换器）系列采用高频率和软开关拓扑，是应对当前苛刻的电动汽车电源电子技术挑战的理想解决方案。

  今天聊一聊如何测量电源的纹波。 1、纹波的测量点要求 纹波测量点要选择靠近负载的地方，例如CPU的供电管脚上的去耦电容上。 PDN是一个网络，主板上一个电源平面的不同的地方纹波是不一样的，建议选择最远，负载最大，环境最恶劣的地方。 如果一个电源网络同时给多个耗电大的IC供电，这几个大的IC电源管脚都需要测试纹波水平。 2、示波器要求 电源走线上有很多电容，寄生参数，形成了一个类似的低通滤波器，电源上包含的频率分量并不高，最多数十兆赫兹。 DC-DC电源的开关频率也只有几兆赫兹。如果只是想测量纹波水平，不考虑主板上的高频信号耦合到电源线上的噪声，只要选择低带宽的示波器。 示波器上都有一个带宽抑制功能，可以把示波器带宽抑制到20

  测量点和示波器要求 /

  在本文中，我们将探讨如何利用可编程电源和相移减少输入电容器上的压力，同时保留同步的益处。（同步板载降压转换器的开关频率是方便控制 EMI 和阻止多余拍频的必需操作。但是，同步板上的每个降压转换器会产生不良后果。这会在输入电容器上施加相当大的压力。） 探讨解决方案之前，让我们先详细地分析问题。系统的输入电源主要传送 DC 电流时，降压转换器的各种输入电容器将传送不连续脉冲电流。此脉冲电流的设计基本上考虑每个转换器的所需纹波和 RMS 电流。这很简单。意外发生在板上有多个转换器的时候。任何转换器不会正好从设计为其输入电容器的电容器进行反向电流。毋容置疑，大部分来自最近的低阻抗源，但实际上，开关阶段也将从板上的整个电容器网络

  电流的解决方案 /

  1.降低外时钟频率 外时钟是高频的噪声源，除能引起对本应用系统的干扰之外，还可能会产生对外界的干扰，以8051单片机为例 最短指令周期1μs时，外时钟是12MHz。而同样速度的Motorola 单片机系统时钟只需4MHz微控制器产生的最有影响的高频噪声大约是时钟频率的3倍 2.低噪声系列单片机 改进的技术将电源、地安排在两个相邻的引脚上，外部去耦电容在PCB设计上更容易安排 3.时钟监测电路、看门狗技术与低电压复位 时钟监控有效与省电指令STOP是一对矛盾。只可以使用其中之一。 看门狗技术是监测应用程序中的一段定时中断低电压复位技术是监测单片机电源电压，当电压低于某一值时产生复位信号。由于单片机技术的发展，单片机本身对电源电压范围的要

  电源线上的干扰电流按照其流动路径分为两类，一类是差模干扰电流，另一类是共模干扰电流 差模干扰电流是在火线和零线之间流动的干扰电流，共模干扰是在火线、零线与大地(或其它参考物体)之间流动的干扰电流，由于这两种干扰的抑制方法不一样，因此正确辨认干扰的类型是实施正确滤波方法的前提 区分干扰电流是差模还是共模可以从三个方面做判断： a. 从干扰源判断： 雷电、设备附近发生的电弧、设备附近的电台和其它大功率辐射装置在电源线上产生的干扰是共模干扰;另外，假如发现电源线上的干扰是来自机箱内的线路板或其它电缆，则为共模干扰;这是因为通过空间感应在火线和零线上的干扰电流是同相位的 在同一电力线上工作的马达、开关电源、可控硅

  基于PC的实验室仪器平台使自动化实验室设置和数据收集变得简单而有效。工程师对用于仪表系统（如外围组件互连（PCI）的仪表扩展（PXIe）系统）的DC/DC转换器具有独特的要求，包括：低电磁干扰（EMI）、小尺寸解决方案、高效率、宽输入电压范围以及良好的线路和负载调节。本文让我们不难发现这些不同的要求，以及电源模块如何帮助满足这些要求。 低电磁干扰（EMI） 因为EMI会导致设备性能直线下降和潜在的故障，实验室仪器对其有着极其严格的标准。由于固有的开关作用，基于开关模式的DC/DC电源是EMI的根本原因。 图1所示为降压稳压器的基本连接图。在降压稳压器中，由电感器L、输出电容器COUT和低侧场效应晶体管QLS形成的环路具有连续的电流

  设计降压转换器并不是件轻松的工作。许多使用者都希望转换器是一个盒子，一端输入一个直流电压，另一端输出另一个直流电压。这个盒子可以有很多形式，可以是降阶来产生一个更低的电压，或是升压来产生一个更高的电压。还有很多特殊的选项，如升降压、反激和单端初级电感转换器(SEPIC)，这是一种能让输出电压大于、小于或等于输入电压的DC-DC转换器。如果一个系统采用交流电工作，第一个AC-DC模块应当产生系统所需的最高的直流电压。因此，使用最广的器件是降压转换器。 使用开关稳压器的降压转换器具有所有转换器当中最高的效率。高效率意味着转换过程中的能量损耗更少，而且能简化热管理。 图1显示了一种降压开关稳压器的基础原理，即同步降压转换器。“同步降压”指

  1 引言 近年来，中国国家电网智能化改造非常迅猛。2013 年，中国国家电网公司推出新一代的智能电能 表系列标准。在新标准中，对电源供电的规格提出新的要求。   其中，智能电表中的载波通信(PLC)模块供电规格，要求最为严格。新标准要求智能电表通信载波 模块供电 12V Vcc，在满载时的输出电压纹波要小于 1‰（单相智能表的满载电流是 125mA，三相 智能表的满载电流是 400mA）。   图 1 是常用的三相智能表电源架构。从电源架构上看，智能表通过线流变压器+整流桥的方 式，将 220Vac 降到较低的直流电压。由于智能表需要有抗接地故障抑制能力(按国网标准，要求在 2 倍标称电压的情况下，电能表不能损坏)，其输入电

  输出 /

  引言 随着特高压电网的快速地发展,线路的绝缘配置慢慢的升高,为满足绝缘要求,除增加绝缘子的爬电距离,扩大盘径外,更要增加绝缘子数量,绝缘子长度也随之增加,特别是特高压线路,正常的情况下绝缘子长度为9～11m,在停电检修工作中,需对合成绝缘子进行重点检查,为防止损坏合成绝缘子,需采取了专用的软梯进行检修作业。而传统软梯重量大,不便于携带,难以做到单人操作。在上下软梯的过程中,人员体力消耗大,增加了作业人员的劳动强度,降低了工作效率。 1结构设计与材料选择 1.1软质爬梯结构 当前在超特高压输电线路运维中,所使用的上下绝缘子爬梯结构主要由绳索和横杆组成,重量大,不方便携带,在塔上作业时只有一端为固定结构,爬梯呈漂浮状,不便于工人的检修操

  运维检修中的应用 /

  信号完整性指南：实时测试、测量与设计仿线FTG的无感正弦波无刷电机驱动电路

  嵌入式工程师AI挑战营（初阶）：基于RV1106，动手部署手写数字识别落地

  转换器稳压稳流数字电源驱动电源模块电池管理其他技术宽禁带半导体LED网络通信消费电子电源设计测试与保护逆变器控制器变压器电源百科电源习题与教程词云：