双向DC-DC 变换器拓扑的对比与设计(1) – 应用概览

大家好，我是德州仪器的系统工程师 David

今天非常高兴和大家一块分享

TI 双向 DCDC 变换器拓扑的设计和对比

这是今天我的 Agenda（目录）

今天主要介绍双向 DCDC 变换器拓扑

在汽车以及服务器数据中心的应用

随着汽车电子功能的增多

汽车电子的功率需求越来越大

对于具有启停功能的微混汽车

最大功率会接近 3kW

所以对于 12V 总线的电流会高达 200A

这会要求较大的铜线面积

对于 12V 总线供电的大功率设备

的效率会大大的降低

为了解决这些问题

汽车厂商正在开发

48V 和 12V 双电源供电的汽车电子系统

利用 48V 供电给大功率负载压缩机 电子泵

大大提高了效率

另外混合动力功能需要更高的能量回收功能

在这种情况下

铅酸蓄电池已经不适合这种能量回收功能

智能网络同时可以在特定情况下关闭部分负载

减少铜箔的截面积

进一步减小了成本

在这种双电源供电的电子系统中

双向 DCDC 变换器

扮演了重要的角色

首先 48V 系统带来了很多的优势

对于启停运行时

当工作站制动和减速时

48V 比较 12V 有更好的能量回收的性能

48V 系统提高大约 10% 到 15% 效率的同时

不会增加控制的复杂性

也帮助汽车厂商满足二氧化碳的排放量

这张图列出了双总线汽车电子部件的供电系统

左边为兼容现在的 12V 总线系统的供电电池

以及 48V 锂电池

右边为需要消耗大功率的

压缩机 电机 水泵等部件

中间即为 12V 电池和 48V 电池中间的

双向 DCDC 变换器

在双总线汽车电子系统中

对双向 DCDC 变换器主要有以下要求

效率大于 96%

可以保证无风和液体散热

多相交错并联

每相需要做到均流

可以通过并联的方式

使供电功率达到 3kW

12V 电池具有防反接的保护

当工作轻载模式时

通过减少相位来提高效率

保护通常包括

过流保护 过压保护 过温保护

当负载断开时

电压上升率为 70V/100ms

当 48V 电池断开时

100uA 的静态电流

通信通 CAN 或者 SPI 来实现

另外一个主要的应用为服务器和数据中心

左边为传统的数据中心机房

保护 UPS

发电机

冷却空调机房

现在微软提出革新的局部能量储存架构

这种架构删除了外部的 UPS 机房

和优化空调的机房

而把电源备份系统放在负载端

这种架构最小化备份电源的尺寸

减小系统成本的同时

还提高了维护的灵活性

系统的框图是

市电经过 PFC 功率单元

再经过隔离的 DCDC 变换器

输出 12V 总线

局部能量储存单元

分高压的双向 DCDC 和低压的双向 DCDC

在这里我们介绍

低压的双向 DCDC 变换器

这种 LES 架构可以节省成本

消除 UPS 相关联的 9% 的损耗

没有了 UPS 机房

可以节省 25% 的空间

用锂电池代替铅酸电池

减少传统铅酸蓄电池失效率高的区域

谢谢大家

大家好，我是德州仪器的系统工程师 David

今天非常高兴和大家一块分享

TI 双向 DCDC 变换器拓扑的设计和对比

这是今天我的 Agenda（目录）

今天主要介绍双向 DCDC 变换器拓扑

在汽车以及服务器数据中心的应用

随着汽车电子功能的增多

汽车电子的功率需求越来越大

对于具有启停功能的微混汽车

最大功率会接近 3kW

所以对于 12V 总线的电流会高达 200A

这会要求较大的铜线面积

对于 12V 总线供电的大功率设备

的效率会大大的降低

为了解决这些问题

汽车厂商正在开发

48V 和 12V 双电源供电的汽车电子系统

利用 48V 供电给大功率负载压缩机 电子泵

大大提高了效率

另外混合动力功能需要更高的能量回收功能

在这种情况下

铅酸蓄电池已经不适合这种能量回收功能

智能网络同时可以在特定情况下关闭部分负载

减少铜箔的截面积

进一步减小了成本

在这种双电源供电的电子系统中

双向 DCDC 变换器

扮演了重要的角色

首先 48V 系统带来了很多的优势

对于启停运行时

当工作站制动和减速时

48V 比较 12V 有更好的能量回收的性能

48V 系统提高大约 10% 到 15% 效率的同时

不会增加控制的复杂性

也帮助汽车厂商满足二氧化碳的排放量

这张图列出了双总线汽车电子部件的供电系统

左边为兼容现在的 12V 总线系统的供电电池

以及 48V 锂电池

右边为需要消耗大功率的

压缩机 电机 水泵等部件

中间即为 12V 电池和 48V 电池中间的

双向 DCDC 变换器

在双总线汽车电子系统中

对双向 DCDC 变换器主要有以下要求

效率大于 96%

可以保证无风和液体散热

多相交错并联

每相需要做到均流

可以通过并联的方式

使供电功率达到 3kW

12V 电池具有防反接的保护

当工作轻载模式时

通过减少相位来提高效率

保护通常包括

过流保护 过压保护 过温保护

当负载断开时

电压上升率为 70V/100ms

当 48V 电池断开时

100uA 的静态电流

通信通 CAN 或者 SPI 来实现

另外一个主要的应用为服务器和数据中心

左边为传统的数据中心机房

保护 UPS

发电机

冷却空调机房

现在微软提出革新的局部能量储存架构

这种架构删除了外部的 UPS 机房

和优化空调的机房

而把电源备份系统放在负载端

这种架构最小化备份电源的尺寸

减小系统成本的同时

还提高了维护的灵活性

系统的框图是

市电经过 PFC 功率单元

再经过隔离的 DCDC 变换器

输出 12V 总线

局部能量储存单元

分高压的双向 DCDC 和低压的双向 DCDC

在这里我们介绍

低压的双向 DCDC 变换器

这种 LES 架构可以节省成本

消除 UPS 相关联的 9% 的损耗

没有了 UPS 机房

可以节省 25% 的空间

用锂电池代替铅酸电池

减少传统铅酸蓄电池失效率高的区域

谢谢大家