3 轻型电动车辆系统概述

LEV 有多种类型：电动自行车 (e-bike)、电动踏板车 (e-scooter) 和电动摩托车 (e-motorcycle)。电动自行车具有超低的功率级别和超短的续航里程，并且设计更紧凑。其次是具有中等续航里程和较大设计体积的电动踏板车，然后是具有最大续航里程和功率的电动摩托车，设计体积最大。

LEV 系统由多个级组成：直流/直流转换器、电机驱动级、电池组以及车载或非车载充电器。当需要比集成电机驱动器更高的驱动电流时，将非隔离式栅极驱动器置于所有级中。当优选分立式实现（与智能电机驱动器相比）时，也可以考虑在驱动 FET 时使用非隔离式栅极驱动器。

图 3-1 非板载充电器的交错式升压 PFC 示例

对于非车载充电，LEV 可与外部电源转换壁挂式充电箱或模块配对。非车载充电器的功率级别更高，有时超过 1kW。LEV 快速充电器从电网获取交流电压（通常来自车库壁挂式充电器或公共充电架/快速充电器），并将交流电压转换为充电器内的直流电压，以便为 LEV 的电池充电。该电压经过调节，保持为特定的电压，并经过功率因数校正以提高性能和效率。非隔离式栅极驱动器（例如 UCC27624）用于高效驱动。LEV 电池充电器偶尔也会使用汽车级器件，而不是工业级器件。TI 提供的非隔离式栅极驱动器产品系列包含许多工业级和汽车级器件。

较低电池电压和功率级别的车载充电器 (OBC) 更为常见。这些 OBC 通常具有在 LEV 上构建的 PFC 级和直流/直流转换级。有关更多详情，请参阅使用高性能非隔离式栅极驱动器驱动下一个 xEV 板载充电器和 DC/DC 转换器。

图 3-2 典型电池组拓扑

LEV 的电池组有助于为电机供电，有时还需要借助直流/直流转换器。这些电池组在加速时必须能够为电机产生足够高的电压，但在使用时间过长或环境温度较高时也不会过热。此外，电池必须具有较大的容量才能覆盖更大的范围，但必须考虑电池的重量。因此，必须采用高功率密度的高效电池，而非隔离式栅极驱动器，这会有助于实现这一目标。使用 UCC27624-Q1 等双通道低侧驱动器，在大型电池中驱动多个 FET。UCC27517A-Q1 等小型低侧驱动器有助于通过快速开关电池放电 FET 来更大限度地减少短路或过流响应时间。如需了解详情，请参阅 TI 16 芯串联电池组参考设计。适用于大容量应用的低侧 MOSFET 控制 参考设计，其中显示了 UCC27524，但当前与 UCC27624、UCC27624V、UCC27624-Q1 和 UCC27624V-Q1 引脚对引脚兼容，如图 3-2 所示。另请参阅 E2E 论坛文章：[常见问题解答] 我应该将非隔离式栅极驱动器用于哪些电池应用？

图 3-3 典型 96V 至 12V 直流/直流转换器拓扑

图 3-4 典型 48V 至 12V 直流/直流拓扑

直流/直流子系统包含高压到低压直流-直流转换，通常会将 96V、72V 或 48V 的高压电池降至 12V，用于照明、喇叭或其他更小的电气元件。在此级中，高功率密度、可靠性和效率是选择合适元件的关键因素。另一个考虑因素是半桥栅极驱动器高侧自举电源引脚的电压，因为这需要为电压提供足够的余量，通常是电池电压的两倍。在适当的电池电平下快速开关 FET 对于栅极驱动器至关重要，并且 TI 的 UCC27834-Q1 具有适用于 96V 和 72V 系统的 230V VHB，而 UCC27301A-Q1 或 LM2105 分别具有适用于 48V 电池系统的 120V VHB 和 107V VHB。

图 3-5 典型电机驱动级拓扑

LEV 的电机驱动器级从电机电池组中获取电能，从而转动 LEV 的滚轮。LEV 中最常见拓扑之一是 BLDC 电机。在此拓扑中，栅极驱动器驱动两个 FET，以便将 3 相无刷电机驱动至接地或电源电压。使用 LM2105 或 UCC27301A-Q1 等三个半桥驱动器可以将驱动器尽可能靠近 FET 放置，从而有助于更大限度地降低噪声。此外，LM2105 的 2 × 2mm 封装等小型封装可缩小 PCB 尺寸，从而实现优化的设计。要了解更多信息，请参阅如何为直流电机驱动器选择栅极驱动器。