3 輕型電動車輛系統(tǒng)概述

LEV 有多種類型：電動自行車 (e-bike)、電動踏板車 (e-scooter) 和電動摩托車 (e-motorcycle)。電動自行車具有超低的功率級別和超短的續(xù)航里程，并且設(shè)計更緊湊。其次是具有中等續(xù)航里程和較大設(shè)計體積的電動踏板車，然后是具有最大續(xù)航里程和功率的電動摩托車，設(shè)計體積最大。

LEV 系統(tǒng)由多個級組成：直流/直流轉(zhuǎn)換器、電機(jī)驅(qū)動級、電池組以及車載或非車載充電器。當(dāng)需要比集成電機(jī)驅(qū)動器更高的驅(qū)動電流時，將非隔離式柵極驅(qū)動器置于所有級中。當(dāng)優(yōu)選分立式實(shí)現(xiàn)（與智能電機(jī)驅(qū)動器相比）時，也可以考慮在驅(qū)動 FET 時使用非隔離式柵極驅(qū)動器。

圖 3-1 非板載充電器的交錯式升壓 PFC 示例

對于非車載充電，LEV 可與外部電源轉(zhuǎn)換壁掛式充電箱或模塊配對。非車載充電器的功率級別更高，有時超過 1kW。LEV 快速充電器從電網(wǎng)獲取交流電壓（通常來自車庫壁掛式充電器或公共充電架/快速充電器），并將交流電壓轉(zhuǎn)換為充電器內(nèi)的直流電壓，以便為 LEV 的電池充電。該電壓經(jīng)過調(diào)節(jié)，保持為特定的電壓，并經(jīng)過功率因數(shù)校正以提高性能和效率。非隔離式柵極驅(qū)動器（例如 UCC27624）用于高效驅(qū)動。LEV 電池充電器偶爾也會使用汽車級器件，而不是工業(yè)級器件。TI 提供的非隔離式柵極驅(qū)動器產(chǎn)品系列包含許多工業(yè)級和汽車級器件。

較低電池電壓和功率級別的車載充電器 (OBC) 更為常見。這些 OBC 通常具有在 LEV 上構(gòu)建的 PFC 級和直流/直流轉(zhuǎn)換級。有關(guān)更多詳情，請參閱使用高性能非隔離式柵極驅(qū)動器驅(qū)動下一個 xEV 板載充電器和 DC/DC 轉(zhuǎn)換器。

圖 3-2 典型電池組拓?fù)?/span>

LEV 的電池組有助于為電機(jī)供電，有時還需要借助直流/直流轉(zhuǎn)換器。這些電池組在加速時必須能夠?yàn)殡姍C(jī)產(chǎn)生足夠高的電壓，但在使用時間過長或環(huán)境溫度較高時也不會過熱。此外，電池必須具有較大的容量才能覆蓋更大的范圍，但必須考慮電池的重量。因此，必須采用高功率密度的高效電池，而非隔離式柵極驅(qū)動器，這會有助于實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)。使用 UCC27624-Q1 等雙通道低側(cè)驅(qū)動器，在大型電池中驅(qū)動多個 FET。UCC27517A-Q1 等小型低側(cè)驅(qū)動器有助于通過快速開關(guān)電池放電 FET 來更大限度地減少短路或過流響應(yīng)時間。如需了解詳情，請參閱 TI 16 芯串聯(lián)電池組參考設(shè)計。適用于大容量應(yīng)用的低側(cè) MOSFET 控制 參考設(shè)計，其中顯示了 UCC27524，但當(dāng)前與 UCC27624、UCC27624V、UCC27624-Q1 和 UCC27624V-Q1 引腳對引腳兼容，如圖 3-2 所示。另請參閱 E2E 論壇文章：[常見問題解答] 我應(yīng)該將非隔離式柵極驅(qū)動器用于哪些電池應(yīng)用？

圖 3-3 典型 96V 至 12V 直流/直流轉(zhuǎn)換器拓?fù)?/span>

圖 3-4 典型 48V 至 12V 直流/直流拓?fù)?/span>

直流/直流子系統(tǒng)包含高壓到低壓直流-直流轉(zhuǎn)換，通常會將 96V、72V 或 48V 的高壓電池降至 12V，用于照明、喇叭或其他更小的電氣元件。在此級中，高功率密度、可靠性和效率是選擇合適元件的關(guān)鍵因素。另一個考慮因素是半橋柵極驅(qū)動器高側(cè)自舉電源引腳的電壓，因?yàn)檫@需要為電壓提供足夠的余量，通常是電池電壓的兩倍。在適當(dāng)?shù)碾姵仉娖较驴焖匍_關(guān) FET 對于柵極驅(qū)動器至關(guān)重要，并且 TI 的 UCC27834-Q1 具有適用于 96V 和 72V 系統(tǒng)的 230V VHB，而 UCC27301A-Q1 或 LM2105 分別具有適用于 48V 電池系統(tǒng)的 120V VHB 和 107V VHB。

圖 3-5 典型電機(jī)驅(qū)動級拓?fù)?/span>

LEV 的電機(jī)驅(qū)動器級從電機(jī)電池組中獲取電能，從而轉(zhuǎn)動 LEV 的滾輪。LEV 中最常見拓?fù)渲皇?BLDC 電機(jī)。在此拓?fù)渲?，柵極驅(qū)動器驅(qū)動兩個 FET，以便將 3 相無刷電機(jī)驅(qū)動至接地或電源電壓。使用 LM2105 或 UCC27301A-Q1 等三個半橋驅(qū)動器可以將驅(qū)動器盡可能靠近 FET 放置，從而有助于更大限度地降低噪聲。此外，LM2105 的 2 × 2mm 封裝等小型封裝可縮小 PCB 尺寸，從而實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的設(shè)計。要了解更多信息，請參閱如何為直流電機(jī)驅(qū)動器選擇柵極驅(qū)動器。