ZHCAEV2 December   2024 UCC21551-Q1

 

  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1引言
  5. 2汽车 PTC 加热器模块概述
    1. 2.1 汽车加热系统架构
      1. 2.1.1 正温度系数加热器
      2. 2.1.2 热泵
    2. 2.2 汽车加热系统架构
    3. 2.3 PTC 加热器拓扑
  6. 3汽车 PTC 加热器控制器的设计
    1. 3.1  方框图
    2. 3.2  设计电源
    3. 3.3  选择低压降稳压器
    4. 3.4  设计通信接口
    5. 3.5  实现数字隔离器
    6. 3.6  实现微控制器单元
    7. 3.7  设计开关驱动器级
    8. 3.8  选择电源开关
    9. 3.9  适用于 PTC 负载的注意事项
    10. 3.10 设计负载电流监测
    11. 3.11 选择温度传感器
  7. 4总结

PTC 加热器拓扑

在设计 PTC 加热器系统时,必须考虑的一个基本因素是应用需要多少个加热元件或“负载”。如果单纯从成本角度出发,使用一个大 PTC 负载可能比使用多个小负载更简便。但是,如果设计目标是提升功能性和灵活性,则使用多个 PTC 负载可能更合理。多个 PTC 负载使得系统在不需要全功率时可以关闭一部分功率。此外,多个 PTC 负载还能实现“区域加热”,从而将热量分散到车厢的不同区域。这也可以为车厢和电池提供专门的 PTC 加热元件。接下来的几节将介绍控制电流通过 PTC 负载的不同选项。

如果系统的目标是尽可能降低成本,可以考虑在每个负载下使用一个单独的低侧开关,并将该开关接地,如图 2-5 所示。这样做的主要缺点是没有低侧保护。低侧开关能够处理高侧短路问题,但在发生低侧短路时,无法阻止电池/直流链路电容器通过 PTC 负载提供电流。因此,如果系统特意设计为由配电单元 (PDU) 提供短路保护,可以使用此拓扑。

 每个负载下使用一个低侧开关并且将开关接地图 2-5 每个负载下使用一个低侧开关并且将开关接地

一种实现短路保护的方法是采用双低侧拓扑。该拓扑通过与低侧开关串联短路 (SC) 保护电路,以便在电源开关或任一桥臂的开关驱动器发生短路故障时能够断开连接,如图 2-6 所示。由于无需通常较为昂贵的高侧驱动器,因此这种方法成本相对较低。该方法可以在每个桥臂上提供多个故障保护和断开点,但如果负载和接地之间直接发生短路,则系统无法得到保护。

 短路保护电路与低侧开关串联图 2-6 短路保护电路与低侧开关串联

一种实现从高压电池断开的方法是在高侧提供单点 SC 保护,并在低侧的每个桥臂上提供一个用于调节的开关,如图 2-7 所示。因此,高侧具有接地短路保护功能,而低侧开关提供高侧短路保护。这种拓扑的缺点是,当某一桥臂的 PTC 发生故障时,两个桥臂都会断开连接,因此无法单独控制或保护这些桥臂。

 高侧单点 SC 保护和低侧每个桥臂上有一个开关图 2-7 高侧单点 SC 保护和低侧每个桥臂上有一个开关

最后,通过在两个桥臂上都设置短路保护点,可以为系统增加灵活性,如图 2-8 所示。这样,每个桥臂都可以单独控制。这对于控制输出功率或在某个 PTC 负载发生故障的情况下非常有用。

 两个桥臂上均有短路保护图 2-8 两个桥臂上均有短路保护