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新能源汽车焦虑的充电进行时

德州仪器 2021-09-22 16:50 次阅读

当充电桩在2020年被列入新基建的七大项目之中时,人们似乎看到了一个万亿元的市场即将被撬动,随之超过26个省市密集出台了50余项与充电设施相关的政策。但现实是,根据智研咨询提供的数据显示,在过去的一年里充电桩的出货量虽有明显上升(从12万到近30万),却未出现期望中的井喷。

市场的发展未能尽如人意,固然有各方利益协调的问题,但是从技术的角度来看也存在着各种阻碍因素,其中最亟需解决的是对于用户的充电体验至为重要的充电时间,此外则是充电桩信息的实时交互问题,而这些都聚焦于大功率直流充电桩。

焦虑的充电进行时

为了解决电动汽车的充电焦虑问题,更快的充电速度成为快充站的明确要求,实现充电5分钟,行驶200公里会成为行业的普遍要求。充电桩的直流模块可以通过提高功率密度和提高充电电压两个方向升级,前者需要高性能实时微控制器和支持更高开关频率的功率器件,而后者需要的是功率器件更高耐压以及更高的转换效率,第三代宽禁带半导体功率器件将会是很好的选择。而且随着第三代半导体开关频率的提高,需要更复杂的电源拓扑和控制算法,因此对于实时控制器的需求也进一步提高。

提到直流充电桩的主控部分,就必须提到市场上占据份额较高的德州仪器TI)C2000微控制器。事实上,C2000微控制器在中国市场久负盛名,早已广泛用于电力电子控制领域,并在工业和汽车应用中提供高级数字信号处理。在过去 20 多年间C2000微控制器一直处于模数控制革命的前沿,经过不断发展,现在的第三代性能更为出色:拥有更强的运算能力、更丰富的外设资源。

C2000微控制器实施控制器由于内置C28x数学优化型内核,具有微控制器和数字信号处理器双重优势。通过各种高效率计算内核,C2000微控制器可实现μs级环路计算时间。比如在双向高密度GaN CCM图腾柱PFC中,利用TMU,C2000微控制器可以将PWM计算从10μs减少到0.5μs以下,确保逐个周期进行自适应死区计算,从而对GaN FET进行最精确和高效的控制。

集成更高级的外设,是C2000微控制器满足复杂拓扑结构的另一大优势。通过集成3.6M SPS采样率,12 位至 16 位分辨率的ADC,实现更高速的电流采样和电压采样;还有150ps分辨率的PWM,这样就可以满足第三代半导体更高的开关频率,实现高动态特性的充电模块并显著提高效率、降低尺寸。

为了追求更高的效率而增加总线电压时,复杂的多电平拓扑变得越来越普遍。NPC和ANPC拓扑是双向PFC /逆变器最受欢迎的两种拓扑,它们可以将开关设备上的电压应力限制为总线电压的一半。但是,这些拓扑需要来自MCU的更多PWM通道,并且还需要一种特殊的保护方案以在任何停机期间维持电源开关两端的电压平衡。 C2000微控制器第三代器件提供了独特的可配置逻辑块(CLB),可实现板载故障保护方案,以确保在所有工作条件下均提供实时保护,而无需任何外部逻辑电路,类似于FPGAs / CPLDs一样灵活。例如TIDA-010210 6.6kW 三相三级 ANPC 逆变器/PFC 双向功率级参考设计中所呈现。

另一方面,针对快速充电桩高效率、高功率密度的电力电子和非常高的功率密度的设计目标,第三代半导体(包括SiC、GaN等)成为市场上冉冉升起的新星,是实现碳达峰、碳中和的最重要的半导体技术。相比此前两代,具有禁带宽度大、击穿电场高、热导率大、电子饱和漂移速度高、介电常数小等独特的性能,因此可以减少系统散热成本及无源器件尺寸,可以提供更高能效或更高功率密度,并且降低系统总成本。

SiC由于推出时间早,用户覆盖面更广。不过“SiC和GaN究竟孰优孰劣目前下结论还为时尚早,如果长期来看,硅基GaN在成本方面的下降空间会更大。”德州仪器华北区技术支持经理付杨表示。无论如何,未来随着第三代半导体在工艺上的成熟度越来越提高,整体成本优势会更加凸显。

TI在这两个方向上均有布局,SiC方面通过提供集成电容式隔离功能的驱动器,提高系统稳健性和可靠性,减小外形尺寸和轻松符合 EMI 标准。而TI在GaN上的布局则可追溯到2010年,2017年与西门子推出了首个10千瓦连接云电网的转换器。而且通过不断尝试新架构,使GaN适应更广的电压范围,比如800V、1000V(可参考),这也为将来在充电桩上看到GaN的身影带来了更大的可能性。为了保证高可靠性,TI已经针对GaN FET进行了4000多万小时的器件可靠性测试和超过5 GWh的功率转换应用测试。同时,为了进一步提高可靠性和集成度,TI推出了GaN与驱动集成的器件。更为亮眼的是,TI在GaN方面拥有自己的工艺和工厂,因此可以确保产品品质和供应的稳定性保障。

在充电时长之外,用户最痛苦的莫过于需要充电时无法确知前方充电桩的使用情况,这就需要利用安全的无线连接技术远程接入和控制。TI可以提供从短距离近场通讯(身份识别、信息保护)到远距离私有协议通信等各类安全无线连接产品,还可兼容常用的BLE、WiFi通讯技术。这些就可以让充电桩实时更新状态,用户得知它的使用情况。

数据安全是用户和运营商都越来越看重的,因此解决方案要求提供安全的身份鉴权、数据通信等功能。在WiFi产品上,TI很早以前就加入了信息安全保护机制,比如针对外置Flash的数据完整性进行验证,防止非授权访问和保护敏感数据,以及完善加密通道、密钥管理等安全机制。

需要的更多

实际上,一个更安全、更智能、更快速的充电桩涉及到的技术远不止以上所提到的。比如,超级充电桩由于是大功率高压户外场景,具有特殊的安全和可靠性要求,因此在这种场景下使用的隔离器件、栅极器件的稳定性和智能化,对功率器件做出的保护,是直流模块能否以更安全的状态运行的前提条件。

据德州仪器华北区技术支持经理付杨介绍,TI正在进行各个方面的创新研究来应对充电桩市场的种种挑战,其中之一便是如何以更加智能的充电桩来改善用户体验,这将需要借助边缘计算和AI技术。

而在传统的产品方面,也是在有条不紊地推进。比如TI高集成度的下一代电源产品,将电流采样和隔离、隔离电源管理芯片,集成在一颗更小的芯片中,帮客户节省PCB面积和成本;以及在现有的硅器件的基础上,通过更复杂的拓扑,在没有使用更高级的功率器件的情况下实现更高功率密度……

在拥有先进的技术之外,TI针对不同的用户和需求,提供多产品线、不同的合作方式,最关键的是,作为一家已深耕中国三十五年的有企业社会责任的企业,愿意通过全面的本地支持,来帮助中国企业成功,融入到中国信息产业发展的大潮中。

2021年的两会上,与碳达峰、碳中和被首次写入《政府工作报告》的,还有“增加停车场、充电桩、换电站等设施,加快建设动力电池回收利用体系。”据工信部于2019年末发布《新能源汽车产业发展规划(2021~2035)》征求意见稿,预计2030年我国新能源汽车保有量将达到6420万辆。即使车桩比不能实现1:1,也意味着未来充电桩市场必将实现飞跃式发展。顺潮流而动并能立于潮头的秘诀是寻找到能够一步一个脚印,踏踏实实静下心来一个问题一个问题来解决的合作伙伴。一直以来,TI都坚持如此,并致力于创造更好的未来。TI将始终如一,与您携手迎接未来挑战!

责任编辑:haq

原文标题:更快速、更安全且更智能的充电桩是如何打造的?

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'AHCT16541器件是同相16位缓冲器,由两个8位部分组成,具有独立的输出使能信号。对于任一8位缓冲区,两个输出使能(1OE1 \和1OE2 \或2OE1 \和2OE2 \)输入都必须为低电平才能使相应的Y输出有效。如果任一输出使能输入为高电平,则该8位缓冲器部分的输出处于高阻态。 为了确保上电或断电期间的高阻态,OE \应通过上拉电阻连接到VCC;电阻的最小值由驱动器的电流吸收能力决定。 SN54AHCT16541的特点是可在-55°C至125°C的整个军用温度范围内工作。 SN74AHCT16541的工作温度范围为-40°C至85°C。   特性 德州仪器WidebusTM家庭成员 EPICTM(增强型高性能注入CMOS)工艺 输入兼容TTL电压 分布式VCC和GND引脚最大限度地降低高速开关噪声 流通式架构优化PCB布局 闩锁性能每JESD超过250 mA 封装选项包括塑料收缩小外形(DL),薄收缩小外形(DGG)和超薄外形(DGV)封装以及使用25密耳中心的380密耳细间距陶瓷扁平(WD)...
发表于 10-15 17:35 109次 阅读
SN74AHCT16541 具有三态输出的 16 位缓冲器/驱动器
SN74ABT827 具有三态输出的 10 位缓冲器/驱动器
这些10位缓冲器或总线驱动器为宽数据路径或带有奇偶校验的总线提供高性能总线接口。 3态控制门是一个2输入与门,具有低电平有效输入,因此,如果输出使能(OE1 \或OE2)输入为高电平,则所有10个输出都处于高阻态。 'ABT827在输出端提供真实数据。 当VCC介于0和2.1 V之间时,器件在上电或断电期间处于高阻态。但是,为了确保2.1 V以上的高阻态,OE \应通过上拉电阻连接到VCC;电阻的最小值由驱动器的电流吸收能力决定。 SN54ABT827的特点是在-55°C至125°C的整个军用温度范围内工作。 SN74ABT827的工作温度范围为-40°C至85°C。 特性 最先进的EPIC -IIBBiCMOS设计显着降低功耗 流通式架构优化PCB布局 每个JEDEC标准JESD-17的闩锁性能超过500 mA 典型V < sub> OLP (输出接地反弹)&lt; 1 V VCC= 5 V,TA= 25°C 上电和断电期间的高阻状态 高驱动输出(-32-mA IOH,64-mA IOL) 封装选项包括塑料小外形...
发表于 10-15 16:03 203次 阅读
SN74ABT827 具有三态输出的 10 位缓冲器/驱动器
SN7404 六路反向器
这些设备包含六个独立的逆变器。 特性 可靠的德州仪器质量和可靠性 < /DIV> 参数 与其它产品相比 反向缓冲器/驱动器   Technology Family VCC (Min) (V) VCC (Max) (V) Bits (#) Voltage (Nom) (V) F @ Nom Voltage (Max) (Mhz) ICC @ Nom Voltage (Max) (mA) tpd @ Nom Voltage (Max) (ns) IOL (Max) (mA) IOH (Max) (mA) Schmitt Trigger Rating Operating Temperature Range (C) Pin/Package &...
发表于 10-15 15:56 635次 阅读
SN7404 六路反向器
SN74ABT162244 具有三态输出的 16 位缓冲器/驱动器
?? ABT162244器件是16位缓冲器和线路驱动器,专门用于改善三态存储器地址驱动器的性能和密度,时钟驱动器,以及面向总线的接收器和发射器。这些器件可用作四个4位缓冲器,两个8位缓冲器或一个16位缓冲器。这些器件提供同相输出和对称低电平有效输出使能(OE)输入。 输出设计用于提供或吸收高达12 mA的电流,包括等效的25- 用于减少过冲和下冲的串联电阻。 确保上电或上电时的高阻态向下,OE \应通过上拉电阻连接到VCC;电阻的最小值由驱动器的电流吸收能力决定。 这些器件完全适用于使用Ioff和上电3的热插拔应用-州。 Ioff电路禁用输出,防止在断电时损坏通过器件的电流回流。上电和断电期间,上电三态电路将输出置于高阻态,从而防止驱动器冲突。 特性 德州仪器广播公司的成员??系列 输出端口具有等效性25- 串联电阻,所以没有外部电阻是必需 典型VOLP(输出接地反弹)&lt; 1 V VCC= 5 V,TA= 25°C 上电和断电期间的高阻状态 Ioff和上电3状态支持热插拔 分布式VCC和GND引脚最大...
发表于 10-15 15:53 192次 阅读
SN74ABT162244 具有三态输出的 16 位缓冲器/驱动器
SN74ABT16240A 具有三态输出的 16 位缓冲器/驱动器
'ABT16240A器件是16位缓冲器和线路驱动器,专门用于改善三态存储器地址驱动器,时钟驱动器的性能和密度,和面向总线的接收器和发射器。 这些器件可用作4个4位缓冲区,2个8位缓冲区或1个16位缓冲区。这些器件提供反相输出和对称低电平有效输出使能(OE \)输入。 为了确保上电或断电期间的高阻态,OE \应通过上拉电阻连接到VCC;电阻的最小值由驱动器的电流吸收能力决定。 SN54ABT16240A的特点是可在-55°C至125°C的整个军用温度范围内工作。 SN74ABT16240A的工作温度范围为-40°C至85°C。 特性 Widebus和EPIC-IIB是德州仪器公司的商标。 德州仪器WidebusTM家庭成员 最先进的EPIC -IIBTMBiCMOS设计显着降低功耗 典型VOLP(输出接地反弹)&lt; 1 V,VCC= 5 V,TA= 25°C 分布式VCC和GND引脚配置最大限度地降低高速开关噪声 流通式架构优化PCB布局 高驱动输出(-32-mA IOH,64-mA IOL) ...
发表于 10-15 15:43 274次 阅读
SN74ABT16240A 具有三态输出的 16 位缓冲器/驱动器
TMS320VC5507 定点数字信号处理器
TMS320VC5507定点数字信号处理器(DSP)基于TMS320C55x DSP生成CPU处理器内核。 C55x ?? DSP架构通过增加并行性和全面关注降低功耗来实现高性能和低功耗。 CPU支持内部总线结构,该结构由一个程序总线,三个数据读总线,两个数据写总线以及专用于外设和DMA活动的附加总线组成。这些总线能够在一个周期内执行最多三次数据读取和两次数据写入。并行地,DMA控制器每个周期最多可以执行两次数据传输,与CPU活动无关。 C55x CPU提供两个乘法累加(MAC)单元,每个单元能够支持17位×17-单个循环中的位乘法。额外的16位ALU支持中央40位算术/逻辑单元(ALU)。 ALU的使用受指令集控制,提供优化并行活动和功耗的能力。这些资源在C55x CPU的地址单元(AU)和数据单元(DU)中进行管理。 C55x DSP代支持可变字节宽度指令集,以提高代码密度。指令单元(IU)从内部或外部存储器执行32位程序提取,并为程序单元(PU)排队指令。程序单元解码指令,将任务指向AU和DU资源,并管理完全受保护的管道。预测分支功能可避免执行条件指令时的管道冲洗。 5507上的1...
发表于 10-15 11:44 232次 阅读
TMS320VC5507 定点数字信号处理器
TMS320C6711D 浮点数字信号处理器
TMS320C67x ??的DSP(包括TMS320C6711,TMS320C6711B,TMS320C6711C,TMS320C6711D设备)构成浮点DSP家族在TMS320C6000? DSP平台。在C6711,C6711B,C6711C和C6711D设备都是基于高性能,先进的超长指令字(VLIW)架构的德州仪器(TI)开发,使这些DSP的多通道多功能应用的绝佳选择。 C6711D器件的时钟频率为200 MHz,时钟速率高达1200万次(MFLOPS),时钟频率为250 MHz,最高可达1500 MFLOPS,高效DSP编程挑战的有效解决方案。 C6711D DSP具有高速控制器的操作灵活性和阵列处理器的数字能力。该处理器具有32个32位字长的通用寄存器和8个高度独立的功能单元。八个功能单元提供四个浮点/定点ALU,两个定点ALU和两个浮点/定点乘法器。 C6711D每个周期可以产生两个MAC,总共400 MMACS。 C6711D DSP还具有专用硬件逻辑,片上存储器和其他片上外设。 < p> C6711D设备使用基于缓存的两级架构,并具有功能强大且多样化的外设集。 1级程序高速缓存(L1P)是32-Kbit直接映射高速缓存,1级数据高速缓存(L1D)是32-Kbit 2路组...
发表于 10-09 10:37 410次 阅读
TMS320C6711D 浮点数字信号处理器
SMJ320C40 军用浮点数字信号处理器
C40数字信号处理器(DSP)是采用0.72-μm双层金属CMOS技术制造的32位浮点处理器。 320C40是德州仪器(TI)第四代DSP的一部分,主要用于并行处理。 有关设计低温操作时的其他信息,请参阅德州仪器应用报告 320C3x,320C4x和320MCM42x低温上电启动灵敏度,文献编号为SGUA001。 特性 SMJ:MIL-PRF-38535的QML处理 SM:标准处理 TMP :商业级处理TAB 工作温度范围: 军用(M)-55°C至125°C 特殊(S)-55°C至100°C 商业(C)-25°C至85°C 商业(L)0°C至70° 最高性能浮点数字信号处理器(DSP) C40-60: 33-ns指令周期时间: 60 MFLOPS, 30 MIPS,330 MOPS,384 MBps C40-50: 40-ns指令周期时间: ...
发表于 09-29 11:04 174次 阅读
SMJ320C40 军用浮点数字信号处理器
OPA360 采用 SC70 封装具有低通滤波器、内部 G=2 和 SAG 校正的 3V 视频放大器
OPA360高速放大器针对3V便携式视频应用进行了优化。它专门设计用于与嵌入在视频处理器中的数模转换器(DAC)兼容,例如德州仪器?数字媒体处理器系列及其他产品。输入共模范围包括GND,允许视频DAC与OPA360直流耦合。 输出摆幅在25mV的GND范围内,300mV连接到V +,标准的后端视频负载(150 )。内部电平转换电路可防止输出在0V输入时饱和,从而防止普通视频电路中的同步脉冲削波。因此,OPA360非常适合直流耦合到视频负载。如果首选交流耦合,OPA360提供垂度校正功能,可显着减小输出耦合电容的尺寸。 OPA360通过集成垂直校正,内部优化,适用于对空间敏感的应用增益设置电阻(G = 2)和2极视频DAC重建滤波器。 在关断模式下,静态电流减小到 凹陷校正 降低耦合电容器尺寸 输入范围包括接地 直流耦合输入 集成电平转换器 直流耦合输出(1) 无需输出电容器 轨到轨输出 低电流电流:6mA ...
发表于 09-06 16:48 166次 阅读
OPA360 采用 SC70 封装具有低通滤波器、内部 G=2 和 SAG 校正的 3V 视频放大器
OPA361 具有内部增益和滤波器的 3V 视频放大器
OPA361高速放大器针对3V便携式视频应用进行了优化。它专门设计为与德州仪器中嵌入的视频编码器兼容? OMAP2420和DaVinci处理器或具有0.5V PP 视频输出的其他应用处理器。输入共模范围包括GND,允许视频DAC(数字 - 模拟转换器)直流耦合到OPA361。电视检测功能通过促进视频传输的自动启动/停止,显着简化了最终用户界面。 输出摆幅在5mV的GND和250mV到V +之间,带有标准的后端视频负载( 150 )。内部电平转换电路可防止输出在0V输入时饱和,从而防止普通视频电路中的同步脉冲削波。因此,OPA361非常适合与视频负载直流耦合。 OPA361通过集成内部增益设置电阻(G = 5.2V /V)和2来针对空间敏感应用进行了优化 - 极视频DAC重建滤波器。 在关断模式下,静态电流减小到 与OMAP242x和DAVINCI兼容?处理器 2极重构滤波器 输入范围包括接地 直流耦合输入 集成LEVEL SHIFTER 直流耦合输出(1) 无需输出电容 ...
发表于 09-06 16:47 157次 阅读
OPA361 具有内部增益和滤波器的 3V 视频放大器
AMC7834 AMC7834 集成功率放大器监视和控制系统
AMC7834器件是一款针对功率放大器(PA)偏置的高度集成,低功耗,模拟监视和控制解决方案,能够对温度,电流和电压进行监控。 该器件集成了一个多通道12位模数转换器(ADC);八个12位数模转换器(DAC);四个高侧电流感测放大器,可以选择设置它们作为四个独立闭环漏极电流控制器的一部分;一个精确的片上温度传感器和两个远程温度二极管驱动器;四个可配置的通用I /O端口(GPIO);以及一个精确的内部基准。其高集成度极大地减少了组件数量,并且简化了PA偏置系统设计。 该器件具有功能集成和宽工作温度范围等诸多优势,因此适合用作多通道射频(RF)通信系统中PA的一体化,低成本偏置控制电路。凭借灵活的DAC输出范围和宽共模电压电流传感器,此器件可用作针对多种晶体管技术(例如LDMOS,GaA和GaN)的偏置解决方案.AMC7834功能集对通用监视器和控制系统而言同样有益。 德州仪器(TI)提供了一个完备的模拟监视和控制(AMC)产品系列,以满足各类应用不同的通道数,附加特性或者转换器解决方案需求。更多信息,敬访访问www.ti.com.cn/amc。 特性 8个具有可编程范围的单调性12位数模转换器(DAC) 4个双极DAC...
发表于 08-30 16:06 1211次 阅读
AMC7834 AMC7834 集成功率放大器监视和控制系统
TRPGR30ATGA TRPGR30ATGA 23mm 低频玻璃封装应答器,R/O
德州仪器(TI)23mm低频(LF)玻璃应答器提供出色性能并可在134.2kHz的共振频率上运行。此产品兼容ISO /IEC 11784/11785全球开放式标准。德州仪器(TI)LF玻璃应答器使用TI获专利的调谐制造工艺生产以提供持续的读取性能。送货前,将对此应答器进行全面的功能和参数测试,为用户提供他们所期望从TI获得的高质量产品。 特性 由获专利的半双工(HDX)技术提供的同类产品中最佳性能 获专利的应用器调谐提供稳定的和高读取性能 80位只读类型 64位芯片ID 对几乎所有非金属物质不敏感< /li> 应用范围 车辆识别 集装箱跟踪 资产管理 参数 与其它产品相比 其他无线技术   Frequency Device Type Standard Transmission Principle Operating Temperature Range (C) Approx. Price (US$) Rating   var link = "zh_CN_folder_p_quick_link_description_features_parametrics"; com.TI.Product.handleQuickLinks('parametric','参数变化','#parametrics',link); TRPGR30ATGA 134.2 kHz     Transponder     ISO11785     HDX - F...
发表于 08-20 18:04 262次 阅读
RF430CL331H RF430CL331H 动态 NFC 接口应答器
德州仪器(TI)动态近场通信(NFC)/射频识别(RFID)接口应答器RF430CL331H是一款NFC标签类型4器件,可结合一个非接触式NFC /RFID接口和一个有线I 2 C接口将器件连接到主机.NDEF消息可通过集成的I 2 C串行通信接口读写,也可通过支持高达848kbps速率的集成ISO /IEC 14443标准类型B RF接口进行非接触式访问或更新。 该器件按主机控制器的需求请求响应NFC类型4命令,每次仅在其缓存中存储部分NDEF消息。这使得NDEF消息的大小仅受主机控制器的存储器容量以及规范的限制。 该器件支持读缓存,预取和写自动确认功能,可提高数据吞吐量。 该器件可利用简单而直观的NFC连接切换来替代载波方式,只需一次点击操作即可完成诸如,低功耗(BLE)或Wi- Fi的配对过程或认证过程。 作为一个常见N. FC接口,RF430CL331H使得终端设备能够与启用NFC的智能手机,平板电脑和笔记本电脑这类快速发展的基础设施进行通信。 特性 通过直通操作向主机控制器发送数据更新和请求 I 2 C接口允许对内部静态随机存取存储器(SRAM)进行读写操作 预取,缓存和自动应答特性提高数据吞吐量 支持数据流 <...
发表于 08-20 17:57 375次 阅读
RF430CL331H RF430CL331H 动态 NFC 接口应答器