InnoSwitch 3-AQ：800V 系統雙路輸出的高效之選

在汽車(chē)電動(dòng)化的浪潮中，高壓電源系統對于電動(dòng)汽車(chē)的性能和安全性至關(guān)重要。Power Integrations公司推出的一系列產(chǎn)品、技術(shù)及解決方案，為汽車(chē)行業(yè)提供了高效、可靠的電源支持。

InnoSwitch3-AQ系列是專(zhuān)為汽車(chē)應用設計的關(guān)鍵產(chǎn)品，本文以INN3949CQ器件為代表。該器件額定耐用為1700V ，具備諸多優(yōu)勢。其集成了開(kāi)關(guān)和FluxLink反饋技術(shù)，可實(shí)現恒壓/恒流準諧振反激式開(kāi)關(guān)功能。通過(guò)FluxLink磁感耦合，能直接檢測輸出電壓，并向初級側提供快速、準確的反饋，維持輸出電壓穩定。這種技術(shù)簡(jiǎn)化了同步整流的實(shí)現，相較于二極管整流提高了整體效率，有助于節省空間并省去散熱片 。

關(guān)于InnoSwitch3-AQ系列的核心技術(shù)

InnoSwitch3-AQ采用反激式變換器，可從高壓輸入提供兩個(gè)隔離的低壓輸出。以設計范例中的電源為例，能實(shí)現30 V DC – 1000V DC輸入，輸出18V/555mA和9V/333mA的穩定電壓，滿(mǎn)足汽車(chē)不同部件的供電需求，如牽引逆變器門(mén)極驅動(dòng)或應急電源等。

完善的故障保護功能可以提升器件的穩定性和使用壽命，其中包括輸出電流限制和短路保護。當輸出電流超過(guò)閾值，INN3949CQ IC1將進(jìn)入自動(dòng)重啟動(dòng)（打嗝）狀態(tài)，直到負載電流降至目標閾值以下，有效保護電路和設備安全。

據介紹，遵循IEC 60664第1和第4部分規定，為高壓直流（HVDC）輸入以及18V和9V輸出提供加強絕緣，在18V和9V輸出之間提供基本絕緣。使用1000V加強絕緣變壓器，滿(mǎn)足爬電距離和電氣間隙要求，確保在高壓環(huán)境下的安全性和可靠性。

實(shí)際解決方案：13W雙路輸出電源設計

設計規格

該電源設計適用于800V電池供電的電動(dòng)汽車(chē)，支持超寬輸入范圍30VDC至1000VDC。18V穩壓輸出可在60VDC至1000VDC的輸入電壓范圍內連續提供10W輸出功率，用于為SiC MOSFET提供柵極功率；在30VDC輸入時(shí)，功率雖降低至4W，但足以支持逆變器啟動(dòng)。9V輸出可在30VDC到1000VDC的輸入電壓范圍內提供3W輸出功率，在12V系統發(fā)生故障時(shí)提供備用電源 。

電路分析

輸入濾波器：在汽車(chē)逆變器惡劣環(huán)境下，輸入共模扼流圈L1和旁路電容C1至C6能有效過(guò)濾不必要的噪聲。共模電感L1的選擇需考慮應用要求和直流電阻（DCR），旁路電容選擇時(shí)要確保不超過(guò)其電壓額定值的65%，并滿(mǎn)足爬電距離和電氣間隙要求。

高壓電路：反激式變壓器T1初級繞組連接高壓直流母線(xiàn)和INN3949CQ內集成的功率MOSFET漏極端子。初級鉗位電路由多個(gè)二極管、電阻和電容組成，可鉗位IC1的峰值漏源極電壓，保護電路元件。IC具有自啟動(dòng)功能，正常工作時(shí)由變壓器輔助繞組供電 。

低壓電路：INN3949CQ的次級側為次級MOSFET提供多種功能實(shí)現同步整流。通過(guò)電阻和電容組成的網(wǎng)絡(luò )實(shí)現輸出電壓的檢測、調整和紋波抑制，還可通過(guò)監測電阻兩端電壓降完成輸出電流測量，實(shí)現過(guò)流保護。

性能結果

從效率上來(lái)看，在450VDC至1000VDC輸入時(shí)，效率≥80%。不同輸入電壓和負載條件下，效率會(huì )有所變化，如在30VDC輸入時(shí)，隨著(zhù)負載變化效率在一定范圍內波動(dòng)。

實(shí)際應用中，負載調整率描述負載條件對輸出電壓的影響，輸入電壓調整率描述輸入電壓變化對輸出電壓的影響。該電源在不同輸入電壓、不同負載條件下，輸出電壓均能保持在一定的調整范圍內。

工作環(huán)境溫度變化也是性能挑戰之一，在105°C和25°C環(huán)境溫度下，PI對關(guān)鍵元件的溫升進(jìn)行了測試。結果顯示，各元件在不同輸入電壓下的溫度均在可接受范圍內，但在實(shí)際設計中，對于某些溫度較高的元件，如INN3949CQ，建議增加散熱面積或使用散熱片、導熱墊 。

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使用InnoSwitchTM3-AQ INN3949CQ設計的適用于汽車(chē) 800V系統的13W雙路輸出電源