作者：Tony Armstrong

汽車(chē)中 48 V/12 V 電池系統的未來(lái)指日可待。過(guò)去幾年，全球大多數主要汽車(chē)制造商一直在努力證明他們的系統，很明顯，它們的實(shí)施將是相對近期的。這是通往全自動(dòng)乘用車(chē)的漫長(cháng)而艱巨的旅程中必要且關(guān)鍵的一步，該乘用車(chē)不需要人類(lèi)控制并具有真正的自動(dòng)駕駛。然而，這并不意味著(zhù) 12 V 電池正在消失;已安裝的車(chē)輛基礎中有太多的遺留系統，無(wú)法發(fā)生這種情況。這意味著(zhù)自動(dòng)駕駛汽車(chē)將同時(shí)配備12 V電池和48 V電池。

這一事實(shí)意味著(zhù)車(chē)輛的內部系統將使用48 V鋰離子（Li-Ion）電池或12 V密封鉛酸（SLA）電池，但不能同時(shí)使用兩者。然而，除了由于它們各自的化學(xué)成分而為這些單獨的電池提供兩個(gè)獨立的充電電路外，還必須有一種機制允許電荷在它們之間移動(dòng)而不會(huì )對電池或車(chē)輛內的任何系統造成任何損壞。此外，如果其中一個(gè)電池在運行過(guò)程中發(fā)生故障，擁有兩個(gè)電池還可以實(shí)現冗余。

雖然這肯定會(huì )使車(chē)輛內各種電氣子系統的設計復雜化，但可以獲得一些優(yōu)勢。根據一些汽車(chē)制造商的說(shuō)法，基于 48 V 的電氣系統可使內燃機車(chē)輛的燃油經(jīng)濟性提高 10% 至 15%，從而減少 CO2排放。此外，未來(lái)使用雙48 V/12 V系統的車(chē)輛將使工程師能夠集成獨立于發(fā)動(dòng)機負載運行的電動(dòng)助力器技術(shù)，從而提高加速性能。這種壓縮機已經(jīng)處于開(kāi)發(fā)的高級階段，將放置在進(jìn)氣系統和中冷器之間，使用 48 V 導軌啟動(dòng)渦輪增壓器。

在全球范圍內，燃油經(jīng)濟性法規一直在收緊，而具有連接性的自動(dòng)駕駛能力在新車(chē)中繼續激增。因此，12 V汽車(chē)電氣系統已達到其可用功率極限。同時(shí)，似乎這些變化還不夠，汽車(chē)電子系統已經(jīng)顯著(zhù)增加。這些變化，加上相關(guān)的電力需求，創(chuàng )造了一系列新的工程機會(huì )。顯然，必須補充具有3 kW功率限制的12 V鉛酸電池汽車(chē)系統。

此外，還有新的汽車(chē)標準會(huì )影響這些系統的工作方式。新提出的汽車(chē)標準LV 148將次級48 V總線(xiàn)與現有的汽車(chē)12 V系統相結合。48 V 電源軌包括一個(gè)集成起動(dòng)發(fā)電機 （ISG） 或皮帶起動(dòng)發(fā)電機、一個(gè) 48 V 鋰離子電池和一個(gè)雙向 DC-DC 轉換器，可從 48 V 和 12 V 電池提供數十千瓦的可用能量。該技術(shù)針對傳統的內燃機汽車(chē)，以及混合動(dòng)力電動(dòng)和輕度混合動(dòng)力汽車(chē)，因為汽車(chē)制造商正在努力滿(mǎn)足日益嚴格的一氧化碳。2排放目標。

適用于 48 V/12 V 電池系統的新型電源解決方案

這一新標準要求 12 V 總線(xiàn)持續為點(diǎn)火、照明、信息娛樂(lè )和音頻系統供電。而 48 V 總線(xiàn)將為主動(dòng)底盤(pán)系統、空調壓縮機、可調懸架、電動(dòng)增壓器、渦輪增壓器甚至再生制動(dòng)提供動(dòng)力。

在車(chē)輛中實(shí)施額外的48 V電源網(wǎng)絡(luò )并非沒(méi)有重大影響。電子控制單元（ECU）將受到影響，需要將其工作范圍調整到更高的電壓。這就要求DC-DC轉換器制造商還需要引入專(zhuān)用IC來(lái)實(shí)現這種高功率傳輸。

因此，ADI公司的線(xiàn)性功耗™（鉛）集團設計并開(kāi)發(fā)了幾種DC-DC轉換器，能夠以非常高的效率實(shí)現這種能量傳輸，以節省能源，同時(shí)最大限度地減少熱設計方面。

顯然需要12 V和48 V電池之間的雙向降壓和升壓DC-DC轉換器。這種轉換器可用于為任一電池充電，同時(shí)允許兩個(gè)電池在系統中需要時(shí)向同一負載提供電流。從傳統的角度來(lái)看，這些最初的48 V/12 V雙電池DC-DC轉換器設計使用不同的電源組件來(lái)升壓和降壓。

然而，ADI公司的PbL部門(mén)最近推出了LT8228，這是一款雙向DC-DC控制器，它使用與降壓轉換相同的外部電源組件進(jìn)行升壓轉換。

如圖2所示，LT8228是一款具有獨立補償網(wǎng)絡(luò )的100 V雙向恒流或恒壓同步降壓或升壓控制器。功率流的方向由 LT8228 自動(dòng)確定或由外部控制。輸入和輸出保護 MOSFET 可防止負電壓、控制浪涌電流，并在開(kāi)關(guān) MOSFET 短路等故障條件下提供端子之間的隔離。在降壓模式下，V1 端子上的保護 MOSFET 可防止反向電流。在升壓模式下，相同的MOSFET調節輸出浪涌電流，并通過(guò)可調定時(shí)器斷路器保護自身。

圖2.LT8228配置在一個(gè)簡(jiǎn)化的雙向電池備份系統中。

此外，LT8228 還提供雙向輸入和輸出電流限制以及獨立的電流監視。無(wú)主、容錯均流允許添加或減去任何并聯(lián)的 LT8228，同時(shí)保持均流準確度。內部和外部故障診斷和報告可通過(guò)故障和報告引腳進(jìn)行。LT8228 采用 38 引腳 TSSOP 封裝。

LT8228是一款具有保護MOSFET的100 V雙向峰值電流模式同步控制器�？刂破髟诮祲耗Ｊ较聫妮斎腚妷篤1提供降壓輸出電壓V2，在升壓模式下從輸入電壓V2提供升壓輸出電壓V1。輸入和輸出電壓可設置高達 100 V。工作模式通過(guò) DRXN 引腳進(jìn)行外部控制或自動(dòng)選擇。此外，LT8228 還具有用于 V1 和 V2 端子的保護 MOSFET。保護 MOSFET 提供負電壓保護、內部或外部故障期間輸入和輸出端子之間的隔離、反向電流保護和浪涌電流控制。在電池備份系統等應用中，雙向功能允許電池從更高或更低的電壓電源充電。當電源不可用時(shí)，電池將升壓或降壓電源。

為了優(yōu)化瞬態(tài)響應，LT8228 具有兩個(gè)誤差放大器：升壓模式下的 EA1 和降壓模式下的 EA2，分別具有獨立的補償引腳 VC1 和 VC2。當在輕負載操作等條件下檢測到反向電感電流時(shí)，控制器以非連續導通模式工作。LT8228 采用四個(gè)引腳在降壓和升壓模式操作中提供輸入和輸出電流限制編程：ISET1P、ISET1N、ISET2P 和 ISET2N。該控制器還使用 IMON1 和 IMON2 引腳提供獨立的輸入和輸出電流監控。限流編程和監控適用于 0 V 至 100 V 的整個(gè)輸入和輸出電壓范圍。

此外，LT8228 在多個(gè)并聯(lián)的 LT8228 之間提供無(wú)主、容錯輸出均流，從而實(shí)現更高的負載電流、更好的熱管理和冗余。每個(gè) LT8228 調節至平均輸出電流，無(wú)需一個(gè)主控制器。當單個(gè)LT8228被禁用或處于故障狀態(tài)時(shí)，它將停止對平均總線(xiàn)的貢獻，從而使均流方案具有容錯能力。

其他功能包括：

寬輸入和輸出電壓范圍，高達 100 V
反饋電壓容差：在整個(gè)溫度范圍內±0.5%
雙向可編程電流調節和監控
廣泛的自檢、診斷和故障報告
可編程固定或可同步開(kāi)關(guān)頻率：80 kHz 至 600 kHz
可編程軟啟動(dòng)和動(dòng)態(tài)電流限制
無(wú)主、容錯均流

結論

LT8228允許將相同的外部電源組件用于降壓和升壓目的，從而為48 V/12 V雙電池DC-DC汽車(chē)系統帶來(lái)了新的性能、控制和簡(jiǎn)化水平。它按需以降壓模式（48 V總線(xiàn)至12 V總線(xiàn)）或升壓模式（12 V至48 V）工作。當啟動(dòng)汽車(chē)或需要額外電源時(shí)，LT8228 允許兩個(gè)電池同時(shí)向同一負載供電。這為電源轉換設計人員提供了一個(gè)功能豐富的雙向轉換器，可以輕松配置12 V和48 V電池系統，這是不久的將來(lái)全自動(dòng)駕駛汽車(chē)所需要的。