再见，12伏汽车电气系统；您好，高电压替代品。然而，为了提供所需的效率，设计者正在转向先进的开关模式电源。
对于新车，特别是混合动力汽车（HEV）和新型全电动汽车（EV）而言，过时的12V汽车电气系统不再具有可行性，这应该不会引起震惊。替换系统使用用于HEV的48V电池或用于EV的400 + -V电池。这些耗电系统依赖于更高的电压以及开关模式技术，这些技术为其提供了实现这些技术所需的效率。
为什么采用更高的电压？
作为电子工程师，你应该明白为什么采用更高的电压。更高的电压可提高效率多年来设计用于车辆的电子设备的急剧增加揭示了标准12-V电气系统的弱点。除了其他设备之外，现在大多数新车型中的高级驾驶员辅助系统（ADAS）还增加了多个处理器和高电流传感器和执行器。处理器功率也大幅上升，导致电缆，连接器和PCB连接中的I2R损耗增加。
对于给定量的功率，较高的电压会降低电流。这意味着可以使用更小的电线，从而降低成本和重量。将12 V电源电压增加4至48 V会导致x 16功率降低。现在大多数新型混合动力汽车都采用48V系统，内燃机标准汽车正朝着这个方向发展。
对于电动汽车，都需要高压来为电动机供电。需要400至800V或更高的电压水平来产生足够的动力来运行车辆。寻找更高的电压成为车辆电气系统的标准。
汽车行业面临的挑战需要在整个信号链中采用创新的高压电子技术和电源管理。汽车制造商和一级供应商现在拥有先进的半导体解决方案来源，以支持所有新设计。以下参考提供了更多细节。
开关电源（SMPS）
如您所知，SMPS有三种基本类型：AC-DC或整流器电源，DC-DC转换器和DC-AC逆变器。 EV和HEV使用所有三种类型。交流直流电源用于为电池充电。趋势是将充电器放在车辆中;车载充电器（OBC）将标准交流电源电压转换为适合电池充电的直流电压。 OBC大大简化并降低成本，或最大限度地减少对充电站的需求。
DC-DC转换器可用于为处理器和其他电子设备（如48至12V电源）供电。
变频器为电动汽车和混合动力汽车中使用的交流牵引电动机提供动力。这种交流电动机几乎用于所有电动车辆，因为它们具有更高的效率。变频驱动器提供速度控制。
到目前为止，硅功率MOSFET一直是大多数这些电源中的主要开关器件。然而，这些器件具有其电压和电流限制。超过大约4至6千瓦的水平，需要其他设备。一种很好的替代方案是碳化硅（SiC）MOSFET。对于更高的功率，最好的选择是绝缘栅双极晶体管（IGBT）。两种类型都具有更高的击穿电压和更高的电流能力，以及实现良好效率等级所需的快速开关速度。
虽然SiC MOSFET和IGBT可以处理EV和HEV所需的更高功率水平，但它们确实具有特殊的栅极驱动和电路保护需求。高驱动电压，快速开关速度和负驱动电压对于确保快速关断至关重要。
车辆的能源效率和电气化已成为全球关注的焦点。要了解更多信息，请查看白皮书“利用高压解决方案推动HEV / EV的未来”，其中详细介绍了高压和开关模式电源的价值，以及处理它们所需的先进电力电子设备。
开关模式电源汽车SMPS示例电源（SMPS）
SMPS的两个很好的例子是OBC和牵引电动机逆变器。在一个OBC设计（图1）中，充电器使用带有功率因数校正（PFC）的初始AC-DC转换级来提高效率。产生的直流传递到由脉冲宽度调制（PWM）控制的dc-dc转换器，以提供调节。此阶段为HV电池充电。
1.下面是在EV表示一个简化的OBC和用于所述马达牵引逆变器的一般化高电压系统。
然后HV电池驱动牵引逆变器。图2显示它使用带IGBT的三相半桥来操作电机。每个IGBT都使用特殊的栅极驱动器IC。开关速率在5到20kHz范围内。请注意栅极驱动器的特殊栅极电源和微控制器（MCU）。
2.显示的是牵引电动机逆变器细节高亮各IGBT的临界栅极驱动器。
栅极驱动器是逆变器设计中的关键部件。 参考设计采用汽车级隔离栅极驱动器解决方案，以半桥配置驱动硅IGBT或SiC MOSFET。 该设计包括两个用于双通道隔离栅极驱动器的推挽偏置电源，每个电源提供+ 15V和-4V输出电压。 该参考设计包含两级关断电路，可在短路情况下保护MOSFET或IGBT免受电压过冲。
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