EV adalah semua tentang kekuatan. Paket baterai besar menyalurkan daya ke berbagai sistem konversi daya melalui tegangan dan arus tinggi, dan konverter DC-DC utama menyalurkan daya ke sistem tegangan rendah di dalam kendaraan. Traksi inverter memberikan tenaga mekanik ke roda. Akhirnya, sistem pengisian baterai memberikan daya ke baterai untuk memulai seluruh proses lagi. Setiap sistem mengubah daya dari satu bentuk ke bentuk lainnya.
Di jantung sistem ini terletak salah satu blok bangunan utama dari sistem konversi daya saat ini:konfigurasi setengah jembatan. Dalam konfigurasi ini, sakelar sisi tinggi dan sakelar sisi rendah dengan cepat mengalihkan koneksi beban antara rel positif dan negatif tegangan tinggi. Mengemudi gerbang sakelar ini sangat penting untuk memaksimalkan efisiensi dengan membuatnya berperilaku, sebanyak mungkin, seperti sakelar ideal. Dengan memahami bagaimana daya mengalir dari driver gerbang ke perangkat switching, daya driver gerbang dapat dirancang untuk mewujudkan tata letak papan yang disederhanakan, mengurangi biaya, dan penggunaan kembali yang mudah dalam desain masa depan.
Sistem EV sering merujuk pada rel positif dan negatif tegangan tinggi sebagai DC Link+ dan DC Link–. Gambar 1 menunjukkan sirkuit setengah jembatan yang dibuat dari perangkat IGBT dan yang dibuat menggunakan FET silikon karbida (SiC). Untuk menyalakan IGBT, tegangan dari gerbang ke emitor (VGE) harus naik di atas ambang batas tertentu.
Demikian juga, dalam kasus FET SiC, tegangan ini muncul dari gerbang ke sumber (VGS). Untuk kesederhanaan, sisa artikel ini akan mengacu pada desain setengah jembatan IGBT; namun, prinsip yang dibahas juga berlaku untuk desain SiC FET. Gambar 1 juga menunjukkan pengemudi gerbang yang terisolasi. Karena tegangan tinggi yang terlibat dalam banyak sistem EV, isolasi seringkali diperlukan untuk memisahkan pengontrol sistem tegangan rendah dari tahap daya tegangan tinggi. Driver gerbang terisolasi menjembatani dua domain ini, memungkinkan pengontrol sistem untuk mengontrol IGBT atau FET SiC dari tahap daya. Sekali lagi, untuk penyederhanaan, sisa artikel ini hanya akan mengacu pada sisi tegangan tinggi (tahap keluaran) dari penggerak gerbang.
Untuk menyalakan IGBT, driver gerbang harus menaikkan tegangan gerbang ke setidaknya ambang VGE dan kemudian memberikan arus yang cukup untuk mengisi gerbang dan menyalakan IGBT sepenuhnya. Untuk driver gerbang sisi rendah yang terhubung ke DC Link–, ini cukup sederhana. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1, tahap keluaran driver gerbang diikat ke DC Link– sebagai ground-nya dan rel positif "Domain Daya 2" untuk VDD tahap keluaran. Kemudian menarik gerbang ke VDD untuk menyalakan perangkat sisi rendah. Ini berfungsi karena VDD direferensikan ke DC Link–, yang diikat ke emitor IGBT; jadi, VGE positif dibuat. Untuk pengemudi gerbang sisi atas, segalanya tidak sesederhana itu.
Untuk membuat VGE positif, ground driver high-side gate harus terhubung ke emitor IGBT high-side. Tanpa koneksi ini, driver gerbang pada dasarnya mengambang sehubungan dengan emitor dari IGBT sisi-tinggi, dan itu tidak dapat menggerakkan gerbang. Ini juga berarti bahwa driver gerbang sisi atas harus berada pada domain daya yang terpisah. Jika terhubung ke domain daya yang sama dengan driver gerbang sisi rendah, emitor dari IGBT sisi tinggi akan diikat ke DC Link– dan memutuskan pengaturan setengah jembatan. Dengan demikian, arsitektur domain daya driver gerbang, terutama dalam sistem dengan beberapa sirkuit setengah jembatan, memiliki dampak yang luar biasa pada kompleksitas sistem.
Banyak topologi konverter kompleks berisi lebih dari satu konfigurasi setengah jembatan. Misalnya, motor yang digunakan dalam drivetrain kendaraan listrik biasanya adalah motor tiga fase di mana setiap fase dihidupkan dan dimatikan untuk menciptakan gerakan. Inverter traksi menggunakan tiga sirkuit setengah jembatan untuk memberi daya pada setiap fase motor. Dengan enam perangkat daya dan driver gerbang, perencanaan yang cermat dari distribusi daya driver gerbang memiliki dampak besar pada kinerja. Inverter tiga fase juga menggambarkan pertukaran untuk konfigurasi distribusi daya yang berbeda, yang juga relevan dengan sistem lain yang hanya menggunakan satu atau dua sirkuit setengah jembatan.
Dalam inverter tiga fase, semua perangkat sisi rendah berbagi koneksi DC Link– yang sama ke emitornya; jadi, driver gerbang sisi rendah semuanya dapat berbagi domain daya yang sama. Sayangnya, driver gerbang sisi tinggi memiliki emitor yang terhubung ke fase sistem yang berbeda, sehingga tiga domain daya terpisah diperlukan, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.
Menghubungkan driver sisi rendah ke domain daya tunggal dan kemudian menggunakan konverter DC-DC tunggal untuk menghasilkan keempat rel daya (juga ditunjukkan pada Gambar 2) adalah solusi umum untuk masalah ini. Namun, pendekatan ini sering mengarah ke tata letak papan yang rumit dan jejak PCB yang panjang, yang dapat menyebabkan masalah EMI dalam sistem frekuensi tinggi. Mencapai pengaturan tegangan yang ketat pada keempat rel keluaran juga sulit bila menggunakan pengontrol DC-DC tunggal, dan, akhirnya, dapat menyebabkan kebisingan dari kopling sisi tinggi ke sisi rendah melalui transformator bersama. Ini terutama bermasalah dalam desain SiC frekuensi tinggi. Pendekatan yang berbeda melibatkan pemecahan konverter DC-DC menjadi beberapa konverter DC-DC independen.
Memecah konverter DC-DC menjadi beberapa konverter DC-DC independen umumnya menyederhanakan tata letak PCB, mengurangi panjang jejak, dan memberikan pengaturan yang bersih untuk setiap rel keluaran. Ini juga sangat mengurangi kebisingan antara domain daya dan memungkinkan sistem berbasis SiC untuk mencapai frekuensi switching yang tinggi dan efisiensi maksimum. Selain itu, desain konverter DC-DC independen dapat digunakan kembali dalam konfigurasi setengah jembatan lainnya dengan sakelar yang lebih sedikit, seperti sistem jembatan penuh.
Daripada menggunakan enam konverter DC-DC independen (satu untuk setiap driver gerbang terisolasi), sistem ini biasanya dipecah menjadi empat konverter untuk mengurangi biaya. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3, beberapa driver gerbang, seperti Silicon Labs Si828x, mengintegrasikan pengontrol DC-DC untuk lebih mengurangi biaya dan ruang papan dan menawarkan driver gerbang yang sama dengan dan tanpa pengontrol DC-DC terintegrasi. Dalam banyak kasus, konfigurasi ini memberikan keseimbangan yang tepat antara kompleksitas, biaya, dan performa.
Kendaraan listrik, dan sistem konversi daya yang mereka andalkan, akan tetap ada. Karena tuntutan untuk efisiensi yang lebih tinggi dan jangkauan yang lebih panjang terus bertambah, sistem tenaga akan didorong untuk mencapai kecepatan switching yang lebih cepat, topologi yang lebih kompleks, dan voltase yang lebih tinggi. Perangkat sakelar daya baru dan kemajuan teknologi driver gerbang akan mendorong efisiensi sirkuit setengah jembatan ke tingkat yang lebih tinggi. Namun, bahkan ketika sirkuit setengah jembatan berkembang, arsitektur domain daya akan tetap menjadi pertimbangan desain penting untuk tahun-tahun mendatang.
Artikel Industri adalah bentuk konten yang memungkinkan mitra industri untuk berbagi berita, pesan, dan teknologi yang bermanfaat dengan pembaca All About Circuits dengan cara yang tidak sesuai dengan konten editorial. Semua Artikel Industri tunduk pada pedoman editorial yang ketat dengan tujuan menawarkan kepada pembaca berita, keahlian teknis, atau cerita yang bermanfaat. Sudut pandang dan pendapat yang diungkapkan dalam Artikel Industri adalah milik mitra dan belum tentu milik All About Circuits atau penulisnya.
Teknologi Industri
Pembangkit listrik, pembangkit listrik, dan pembangkit listrik semuanya umum nama yang digunakan oleh pembangkit listrik. Pembangkit listrik sangat penting untuk kehidupan sehari-hari kehidupan modern. Tidak akan ada televisi, tidak ada internet, tidak ada listrik, dan tidak ada lampu. Pembangkit li
Sistem penggerak hidrolik adalah area di mana Pompa Hidrolik banyak digunakan. Itu bisa hidrodinamik atau hidrostatik. Pompa ini merupakan sumber tenaga mekanik yang akan mengubah tenaga mekanik menjadi tenaga hidrolik yang tersedia. Ini menghasilkan aliran yang cukup untuk mengatasi tekanan yang di
Tentang pasokan LED, LED telah merevolusi teknologi pencahayaan dengan umur bohlam yang lebih lama dibandingkan dengan bohlam pijar. Apakah Anda memerlukan perangkat yang menyediakan daya untuk proyek LED Anda? Catu daya LED dapat melakukan pekerjaan itu! Ia bekerja dengan mengubah daya menjadi tega
Konverter AC DC memberikan daya ke perangkat elektronik yang membutuhkan proses konversi dari AC ke DC. Berbagai aplikasi perangkat ini mungkin terbukti bermanfaat jika Anda tidak dapat mengakses stopkontak DC di sekitar. Namun demikian, memahami teknologi ini dapat membingungkan dan berlebihan kare
