最近有幸研究了一款針對(duì)800V電池系統(tǒng)的新能源汽車的18W單輸出電源方案，感覺非常有意思，想和大家分享一下這個(gè)方案的亮點(diǎn)和設(shè)計(jì)思路。

1. 設(shè)計(jì)目標(biāo)與挑戰(zhàn)

這款電源方案主要面向電動(dòng)汽車的應(yīng)用場(chǎng)景，需要在極其嚴(yán)苛的環(huán)境下穩(wěn)定工作：

超寬輸入電壓范圍：100V至1000V直流輸入，完美適配不同電壓等級(jí)的電池系統(tǒng)。

極端溫度適應(yīng)性：在-40°C至85°C的環(huán)境溫度下能夠持續(xù)輸出18W功率，甚至在105°C下也能保證一定的輸出能力。

瞬時(shí)峰值功率需求：在85°C環(huán)境下，能夠在1分鐘內(nèi)提供36W的峰值功率，或在5分鐘內(nèi)提供24W的峰值功率，以應(yīng)對(duì)車輛啟動(dòng)或緊急情況下的瞬時(shí)高功率需求。

2. 核心設(shè)計(jì)方案

這款電源采用了隔離式反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并使用了InnoSwitch3-AQ系列的INN3949FQ芯片，該芯片集成了1700V的開關(guān)管和FluxLink磁感耦合反饋技術(shù)。

主要特點(diǎn)：

平面變壓器設(shè)計(jì)：相比傳統(tǒng)的繞線變壓器，平面變壓器具有更低的裝配成本、更高的參數(shù)一致性和更低的剖面高度，非常適合對(duì)高度有嚴(yán)格限制的應(yīng)用。

增強(qiáng)隔離：平面變壓器在1000V下提供增強(qiáng)隔離，符合IEC-60664-1和IEC-60664-4標(biāo)準(zhǔn)的局部放電（PD）和耐壓（Hi-Pot）測(cè)試要求，確保了高壓側(cè)和低壓側(cè)之間的安全隔離。

高效同步整流：次級(jí)側(cè)控制器簡(jiǎn)化了同步整流（SR）的實(shí)現(xiàn)，與二極管整流相比，提高了整體效率，并節(jié)省了散熱器的空間。

3. 電路設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)輸入濾波：為了應(yīng)對(duì)汽車逆變器環(huán)境中高dv/dt和di/dt帶來的電氣噪聲，方案中使用了多個(gè)旁路電容（C1-C3）來減少噪聲進(jìn)入電源，并最小化初級(jí)側(cè)電流環(huán)路。

高壓電路：采用R2CD型緩沖電路來限制開關(guān)管關(guān)斷時(shí)的漏源電壓峰值，并通過二極管和電容的組合來存儲(chǔ)變壓器漏感能量，同時(shí)通過電阻網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行能量耗散，確保電壓和功率在安全范圍內(nèi)。

低壓電路：次級(jí)側(cè)控制器負(fù)責(zé)輸出電壓和電流的檢測(cè)，并為同步整流MOSFET提供柵極驅(qū)動(dòng)。通過RC緩沖電路來抑制SR FET上的高頻振鈴，并使用內(nèi)部1.265V參考電壓和分壓器反饋網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)精確的電壓調(diào)節(jié)。

4. 性能表現(xiàn)效率：在100V至1000V輸入電壓范圍內(nèi)，滿載效率均超過80%，在25°C、85°C和-40°C的不同環(huán)境溫度下，效率曲線均表現(xiàn)出色。

負(fù)載調(diào)節(jié)：在不同輸入電壓和負(fù)載條件下，輸出電壓的波動(dòng)被控制在±5%以內(nèi)，表現(xiàn)出良好的負(fù)載調(diào)節(jié)能力。

熱性能：在85°C環(huán)境下，關(guān)鍵組件的溫度均保持在安全范圍內(nèi)，例如INN3949FQ芯片在1000V輸入、1.5A負(fù)載時(shí)，溫度為134°C，低于其最大工作溫度。

5. 波形分析

方案中提供了詳細(xì)的波形圖，包括啟動(dòng)波形、穩(wěn)態(tài)開關(guān)波形、短路響應(yīng)等，展示了電源在不同工作狀態(tài)下的動(dòng)態(tài)性能。例如，在啟動(dòng)過程中，輸出電壓能夠快速穩(wěn)定；在短路情況下，電源能夠進(jìn)入自動(dòng)重啟模式，并在故障消除后恢復(fù)正常工作。