【導讀】隨著各國對汽車油耗和排放標準的要求不斷提高， 48V輕混系統(tǒng)(Mild Hybrid )逐漸進入人們的視野。簡單來說，48V輕混系統(tǒng)是傳統(tǒng)動力與油電混合動力之間的一個折中，相比重混系統(tǒng)，48V輕混系統(tǒng)更容易加裝到現(xiàn)有的傳統(tǒng)動力中，同時成本也更容易控制。據(jù)IHS Markit近期發(fā)布的“中國車市48V輕混系統(tǒng)”報告顯示，48V輕混將在中國迎來高速發(fā)展期，并在2020年至2025年的五年時間里，實現(xiàn)年均增長率85%，年銷售量從49萬臺增長到1050萬臺。
48V輕混動系統(tǒng)的核心部件主要包括48V的啟動電機，用于儲存回收能量的鋰離子電池組，以及用于48V與12V電壓之間轉(zhuǎn)化的雙向DC/DC變換器。如下圖所示，系統(tǒng)中12V電池和48V電池可通過雙向DC/DC變換器對電池進行充放電，從而實現(xiàn)電能共享。
關于雙向DC/DC 變換器，市面上流行的主要有兩種解決方案：使用DSP實現(xiàn)的數(shù)字方案和使用分立器件實現(xiàn)峰值電流控制的模擬方案。DSP方案設計靈活，但是開發(fā)難度較大，從而開發(fā)周期比較長，而且整體成本較高；分立器件模擬方案成本相對于DSP方案來說較低，但缺點是可靠性較低，而且因為器件眾多，設計調(diào)試相對復雜，開發(fā)周期也比較長。
為了降低48V輕混系統(tǒng)中雙向DC/DC 變換器的開發(fā)難度，德州儀器單芯片模擬解決方案LM5170-Q1應運而生。如下圖所示，LM5170-Q1將雙向DC/DC 變換器所需的控制、驅(qū)動、采樣、保護電路集成在單個芯片中，大大降低了系統(tǒng)設計難度，有助于縮短系統(tǒng)開發(fā)周期并提高系統(tǒng)的可靠性。
LM5170-Q1具有以下特點，可為系統(tǒng)中48V電池和12V電池提供大功率、雙向高精度充電管理：
● 內(nèi)部集成雙路5A MOSFET半橋驅(qū)動器，單芯片可以支持高達1500W的輸出功率
● 支持多芯片交錯并聯(lián)，已滿足更大功率設計要求
● 支持單芯片雙相交錯控制，可以有效降低電感感值，電容容值及輸入輸出電壓紋波
● 支持平均電流控制模式，內(nèi)置65V高壓高邊電流檢測運放可以支持1%的輸出電流精度
● DIR 引腳可以輕易的實現(xiàn)雙方向控制
下圖展示了使用多片LM5170-Q1錯相并聯(lián)的例子，實現(xiàn)3.2kW 到8kW輸出功率的設計要求。
對于多相位大功率 (>=2片)的應用場景，LM5170-Q1的平均電流控制模式顯的尤為重要。采用傳統(tǒng)的多相位峰值電流控制模式，每一相電流誤差為15%左右，設計時不得不按照最差條件選擇更大電流的電感。而LM5170-Q1采用平均電流控制模式，可以使輸出電流精度控制在1%，降低了電感飽和電流的設計要求，使用更低成本、更小尺寸的電感即可滿足同樣的輸出功率要求。要知道，大電流（如>50A）電感的成本是相當高的，通過下表兩種不同控制模式的電感成本比較，可見LM5170-Q1對于系統(tǒng)BOM成本的節(jié)省是相當可觀的。
相對于DSP數(shù)字方案，LM5170-Q1也同樣可以提供更優(yōu)越的性能和更好的整體成本，下表為LM5170-Q1方案和DSP數(shù)字方案的比較：
綜上所述，無論是相對于傳統(tǒng)的分立器件實現(xiàn)峰值電流控制方案，還是DSP數(shù)字控制方案，LM5170-Q1都可以提供更優(yōu)越的性能和更好的整體成本。
為了讓用戶更容易的評估LM5170-Q1的性能，縮短項目開發(fā)周期，TI提供了一套適用于 12V/48V 汽車系統(tǒng)的雙向直流/直流轉(zhuǎn)換器參考設計，用戶可在TIDA-01168頁面上查看詳細的設計文檔和測試結果。
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