高带宽电源模块消除高压线路纹波抑制的干扰

汽车电气化多是咱们这个时期影响最广的挑衅。这是汽车 OEM 厂商在从内燃机向纯转型的过程当中面对的一个环球性问题。各地的研发团队都在索求新的要领，试图找到更好的解决计划来解决新旧电源的难题。

在规范电动汽车 (EV) 中，首要的设想思量要素是配电与架构。当然，这些体系大概很庞杂，此中全部车辆依托电池（400V 或 800V）为高压操纵电子设置装备摆设 (12V)供应了低压直流， 另有一个由 AC 电源供电的机电。

在这类框架中，低压母线上需求 DC-DC 转换器来将电压降至较低程度，以便为下流负载供电。这些转换器依赖于数百K赫兹的高频率开关。是以，它们是体系内罕见的电磁滋扰 (EMI) 源。为了对消其发生 EMI ，需要在 DC-DC 转换器输出端安排公用 EMI 滤波器，将其作为低通滤波器，衰减跨越截止频次的噪声。

电源架构中另一个弗成或缺的组件是机电驱动器，它是将电池的 DC 输入转换为 AC ，为电动汽车机电供电的必需品。在能量再生和推动过程当中，机电驱动器会在体系的低压母线中发生过剩的低压纹波。这类纹波给 DC-DC 转换器及其相干滤波器的安全性、可靠性及应用寿命带来了庞大挑衅（图 1）。

图 1：机电驱动器发生的纹波影响了电动汽车的低压母线。

纹波对 DC-DC 转换器的伤害

机电驱动器开关事情发生的低压纹波会给 DC-DC 转换器及其相干滤波器以至下流电子器件带来晦气影响。

视察滤波器会发明，由纹波惹起的电压和电流会在滤波器组件之间惹起自发烧(PLOSS = I2rms • RESR)。这类无害的发烧将致使组件退步和组件毛病，最终会下降应用寿命及体系可靠性。在无阻尼滤波器设想中，这类侵害会加重，此中纹波噪声可能会出现在 EMI 滤波器的谐振频次上（图 2）。在这些情况下，过压和过流会进一步毁坏组件，致使运行失灵和突发毛病。假如治理欠妥，涟漪噪声就会给电动汽车带来平安隐患。

图 2：DC-DC 转换器输出滤波器设想用于衰减高频率噪声，并且大概拥有与机电驱动器频次局限堆叠的谐振。

除了对 EMI 滤波器造成毁坏外，机电驱动器纹波还会对 DC-DC 转换器的输入发生不良影响。

转换器的闭环带宽是权衡该单位在必定频次下对动摇作出呼应的才能。可将它视为一个高通滤波器：假如噪声产生的频次高于闭环带宽的频次，则转换器就无奈将其滤除。

面对的挑衅是，汽车 DC-DC 转换器平日设想为仅几千赫兹的闭环带宽，而机电驱动器纹波则发生在更高的频次。同时，作为低通的 EMI 滤波器，其截止频次平日太高，无奈衰减纹波噪声。

终究的结果是，闭环衰减不足以削弱通太低通滤波器的噪声，并且噪声在转换器输入端会变得清楚可见。这会致使下流高压电子产物的毁坏和毛病，它们无奈处置这种低压纹波。

传统解决计划的弊病

虽然有几种惯例解决计划能够解决这些题目，但每种解决计划都有利害。

看看机电驱动器，咱们会发明一些计划，包孕增添 DC 链路电容、修正驱动器设置文件以及在机电驱动器工作中实行“禁飞区”等。

增添 DC 链路电容其实不现实，由于它需求较大的电容器，会占用更多空间并增添车辆分量。在空间和分量都很首要的电动汽车中，这类解决计划没有任何吸引力。替换计划“禁飞区”和修正驱动器设置文件都市增添操纵体系的复杂性并缩小驱动器选项。

滤波器层面的通用解决计划大概会是从新设想滤波器，使其拥有较低的截止频次。因为拥有较低的截止频次，滤波器就能更好地衰减与机电驱动器事情无关的噪声。

这里的问题是截止频次很低的滤波器需求大型滤波器组件（即电感器和电容器）。这些大型组件会占用体系空间并增添体系分量，这在追求优化功率密度的电动汽车设想中是不可取的。让这个题目更庞杂的是，在给定频次范围内拥有更大输入阻抗（即更大滤波器衰减）的滤波器会致使更大的功耗和滤波器的发烧（图 3）。是以，应用截止频次较低的滤波器则需要为滤波器组件供应较大的散热器，这将进一步增添体系尺寸和分量。尽管滤波器可设想成最大限度下降输入阻抗和消耗，但这也需求更大的滤波器组件（图 4），进而需要对体系分量和尺寸举行掂量。

图 3：滤波器输入阻抗对滤波器外部消耗发生间接影响。在本示例中，绿色波形暗示输入阻抗更高（即消耗更高）的滤波器，高达 16kHz。

图 4：滤波器可修改成最大限度下降输入阻抗和消耗，但这需求更大的滤波器组件。在本示例中，L1 和 C4 分手变大 20 倍和 50 倍，以最大限度下降输入阻抗。

应用高带宽电源模块解决纹波按捺题目

一种更无效的解决计划是将高开关频次与软开关拓扑相结合的 DC-DC 转换器。任何数目的 Vicor 高密度电源模块都可完成纹波按捺。Vicor DCM™、BCM® 和 ZVS 稳压器模块均接纳高频率，使转换器拥有更大的闭环带宽。这些更大的带宽可直接转化为更显著的纹波按捺，由于体系能够更好地处置更宽频次范围内的噪声，包孕与机电驱动器事情无关的频次（图 5）。

图 5：高带宽 DC-DC 转换器从输出到输入的频次呼应（即衰减）。在本实例中，Vicor 高带宽转换器可将高达 20kHz 的频次衰减至多 65dB。

此外一个上风是，应用高频率 DC-DC 转换器就可以设想显然更小的 EMI 滤波器，节减空间、加重分量。因为滤波器再也不需求顺应较低的频次，是以咱们能够将滤波器的截止频次切换到更高频次。这类更高频次的事情可完成更小的滤波器组件，进而完成更高功率密度的体系。

异样首要的是要注意，更高的开关频次其实不必定意味着更蹩脚的 EMI萍踪应用适量的软开关拓扑和控制器，不仅可坚持低噪声量级并且还可简化对其的衰减由于 EMI 滤波器可从寄生参数中解放进去经由过程这类体式格局，Vicor 高带宽电源模块赞助汽车体系进步纹波按捺才能、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，比传统解决计划更有效地解决了电动汽车中与纹波按捺相干的难题。

汽车 PDN 从未在云云短的时间内履历云云极度变更跟着 OEM 厂商缩小对内燃机的投资，研发团队面对有数的电源电子手艺挑衅，向 48V 母线的过渡使其加倍庞杂无限的空间内事情时，纹波按捺庞杂的电源挑衅之一侥幸的是，Vicor 紧凑型电源模块（DC-DC 转换器）系列接纳高频率和软开关拓扑应答以后刻薄的电子手艺挑衅现实解决计划。