無論是從2kW的鉛酸電池來冷啟動傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)，還是從400kW以上的400V鋰離子電池讓電動汽車在「急速」模式下達(dá)到最高的性能，車輛的峰值功率都可能極高。任何電池的容量都有限制，因此大力開發(fā)功率轉(zhuǎn)換器以提高效率、減少重量和尺寸，并采用最新的半導(dǎo)體技術(shù)逐步減少損耗，這一切都吸引了眾人的目光。汽車電子產(chǎn)品當(dāng)然還必須在嚴(yán)苛的環(huán)境中可靠地工作，同時遵循國際和OEM特定的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)。通過布局、設(shè)計、制造確保產(chǎn)品的可靠性。

車載DC／DC轉(zhuǎn)換器

除主動力總成系統(tǒng)以外，車輛的功率轉(zhuǎn)換級別有很多種：以12V至48V低壓電源來說，輔助DC／DC發(fā)電機(jī)和轉(zhuǎn)換器可為無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)、高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）或信息娛樂系統(tǒng)供應(yīng)低電壓（圖1）。而在更高的400V系統(tǒng)中，電動汽車的電池管理系統(tǒng)（BMS）要隔離良好的內(nèi)務(wù)管理電源。最基本的功率等級可能只有幾瓦，但所采用的DC／DC轉(zhuǎn)換器的效率應(yīng)該與大功率傳動系統(tǒng)的相同以保持低溫和高可靠性。許多低功率轉(zhuǎn)換器的工作環(huán)境跟功率轉(zhuǎn)換器相似，要應(yīng)付溫度大幅變化以及具備相同的抗沖擊性和抗震能力。板級上的轉(zhuǎn)換器通常沒有傳導(dǎo)冷卻或強(qiáng)制冷卻，經(jīng)常處于密閉環(huán)境僅依靠對流來冷卻。有趣的是，隨著車輛中電子設(shè)備數(shù)量新增，低功率轉(zhuǎn)換器在汽車應(yīng)用上的功能與IT、工業(yè)甚至商用轉(zhuǎn)換器的功能越來越趨于一致。

例如，為CAN總線和以太網(wǎng)總線通信網(wǎng)絡(luò)供應(yīng)5V隔離電源，為處理器、FpGA和ASIC供應(yīng)低于1V的電源，以及為舊設(shè)備和娛樂系統(tǒng)供應(yīng)12V的電源，以上都有要求要符合。隨著開發(fā)出各種新型純電動和混合動力汽車，設(shè)備設(shè)計人員正在尋找模塊化DC／DC轉(zhuǎn)換器，使用預(yù)認(rèn)證的方式加快上市速度，成本卻不會比分立式設(shè)計來得高。作為DC／DC轉(zhuǎn)換器歷史悠久的制造商，RECOM正致力于這一市場。

圖1：汽車環(huán)境中的低功率DC／DC轉(zhuǎn)換器

車輛之電力電子環(huán)境

模塊化DC／DC轉(zhuǎn)換器市場很廣，包含了商用、工業(yè)甚至醫(yī)療。但是現(xiàn)成部件的輸入電壓范圍通常不適合汽車應(yīng)用。許多車輛類型中還是很常見12V和24V電池，電壓的變化范圍很廣，最低可以從寒冷環(huán)境的「冷啟動」到最高的「重負(fù)載」高電壓浪涌值。標(biāo)準(zhǔn)LV124（也稱為VW80000）設(shè)置12V標(biāo)稱鉛酸電池系統(tǒng)的電平，而LV148適用于48V鋰離子電池，這在中度混合電動汽車（SHEV）中越來越常見（圖2）。除了持續(xù)重負(fù)載工作電壓范圍外，還有兩個極性但能量較低的快速瞬態(tài)電壓。ISO－7637－2和ISO16750－2為適用于電源線的標(biāo)準(zhǔn)。

圖2：符合LV124和LV148的車輛電壓

雖然標(biāo)準(zhǔn)的4：1電信轉(zhuǎn)換器可應(yīng)付大多數(shù)標(biāo)稱12V的輸入電壓，但只有專為汽車設(shè)計的DC／DC產(chǎn)品才能滿足所有12V（9－36V）的電壓變化。48V鋰離子電池的電壓范圍有更嚴(yán)格的限制，因此20－60V輸入的3：1模塊電源才適用于48V系統(tǒng)。汽車規(guī)格通常還包括反向電壓保護(hù)以及快速高壓瞬變抗擾度，因此在任何情況下通常都要外部保護(hù)或濾波網(wǎng)絡(luò)。LV標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了各種壓降、緩慢變化的電壓條件以及頻率范圍為15Hz至200kHz、高達(dá)6V峰峰值的疊加交流電壓。而低功率轉(zhuǎn)換器已經(jīng)有集成可用的濾波和保護(hù)功能，可以為其他設(shè)備供電。

電磁兼容性（EMC）是汽車系統(tǒng)的關(guān)鍵要素，而DC／DC轉(zhuǎn)換器為了效率采用開關(guān)模式，成為潛在的干擾源。符合CISpR－25的排放限制是常見的要求，除了標(biāo)準(zhǔn)DC／DC模塊的內(nèi)置功能以外，通常還要高頻濾波。轉(zhuǎn)換器還必須對規(guī)定的EMI傳導(dǎo)和輻射等級以及靜電放電具備足夠的抗擾性。制造商如RECOM是DC／DC轉(zhuǎn)換器和EMC的濾波專家，供應(yīng)符合各種EMC標(biāo)準(zhǔn)的濾波器設(shè)計實例和演示板。汽車應(yīng)用的環(huán)境條件與其他領(lǐng)域大不相同，在某些情況下甚至可以比軍規(guī)苛刻，很大一部分成本可能會花在冷卻和防振裝置上。工業(yè)級DC／DC似乎最適合車用，工作溫度通常在－40°C至＋85°C或更高。工業(yè)環(huán)境相對恒定，而車輛的不同區(qū)域的溫度會大幅變化，如在極寒的環(huán)境下啟動后迅速從零下變到高溫，或太陽底下的汽車在開冷氣之后從高溫降到低溫。汽車的機(jī)械沖擊和振動要求也很嚴(yán)苛，工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不足以滿足要求。

ISO16750－3是機(jī)械沖擊、振動和其他條件（包括碎石轟擊）的道路車輛標(biāo)準(zhǔn)，嚴(yán)重級別因應(yīng)用不同而定。然而，該標(biāo)準(zhǔn)是以傳統(tǒng)活塞發(fā)動機(jī)和隨之產(chǎn)生的振動信號為基礎(chǔ)，因此在某些方面可能不適用電動汽車。標(biāo)準(zhǔn)含義從－40°C到應(yīng)用的最高環(huán)境溫度的范圍之內(nèi)，在特定頻率下加速最高為200m／s2，機(jī)械沖擊適用所有的車輛類型。但是商用車變速箱的最嚴(yán)重情況是它可能持續(xù)1ms高達(dá)50，000m／s2（5，100g）。

電源轉(zhuǎn)換器的AEC－Q測試

用于關(guān)鍵應(yīng)用（例如安全系統(tǒng)和發(fā)動機(jī)控制）的功率轉(zhuǎn)換器通常是分立式設(shè)計，嵌入在其他電子設(shè)備中并由獲得壓力測試認(rèn)證的器件組成。考慮使用DC／DC模塊的時候，轉(zhuǎn)換器通常要進(jìn)行特定的設(shè)計和測試才能滿足汽車質(zhì)量、電氣、環(huán)境以及EMC的要求。汽車電子委員會［1］公布了電子應(yīng)力測試規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)。AEC是由克萊斯勒、福特和德科電子于1990年代成立，制定了汽車業(yè)電子零件的質(zhì)量和認(rèn)證標(biāo)準(zhǔn)。AEC－Q采用了汽車工程師協(xié)會（SAE）和IEC／ISO的標(biāo)準(zhǔn)以及符合IATF16949：2016的質(zhì)量體系，為零件制造商制定了進(jìn)入汽車業(yè)的最低要求。

但是AEC－Q標(biāo)準(zhǔn)并不直接適用于DC／DC轉(zhuǎn)換器，因此制造商必須選擇最相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)，通常是IC的AEC－Q100或無源元件的AEC－Q200（表1）。

表1：AEC－Q標(biāo)準(zhǔn)之器件應(yīng)力測試認(rèn)證規(guī)范

無源組件AEC－Q200和附件001至007涵蓋了各種零件和測試方式。應(yīng)用是以溫度進(jìn)行了分級（表2）。請注意0級零件的溫度為＋150°C，比AEC－Q100制定的集成電路溫度高了10度。

表2：符合AEC－Q200認(rèn)證的器件溫度等級

AEC－Q標(biāo)準(zhǔn)是由供應(yīng)商進(jìn)行自我認(rèn)證來證明其符合性，而非由測試機(jī)構(gòu)使用。而且這些標(biāo)準(zhǔn)對各個階層的汽車客戶來說是最基本的，因此可能針對特定應(yīng)用提出進(jìn)一步的器件認(rèn)證要求。盡管有許多的汽車專用測試，但AEC－Q還參考了其他標(biāo)準(zhǔn)的測試方式，例如MIL－STD－883、JEDEC、JESD、IpC以及UL。RECOM最近對多種車載DC／DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行了認(rèn)證。以R－78Q5．0－0．3為例，它是一種高效的非隔離式DC／DC轉(zhuǎn)換器，具有6．5V至72V的超寬輸入范圍以及0．3A和5V輸出，適用于12V或24V鉛酸蓄電池。由于引腳與三端線性穩(wěn)壓器兼容，因此它也適合直接連接至中度混合電動汽車的48V電池。極寬的11：1輸入電壓范圍可以節(jié)省輸入過壓鉗位器件的成本。

熱沖擊循環(huán)是汽車應(yīng)力測試認(rèn)證的關(guān)鍵部分。RECOM使用的規(guī)格如圖3所示。R－78Q和RAQ最近成功完成了所需的1000次循環(huán)測試。表3列出了符合AEC－Q200的R－78Q完整測試計劃。

表3：RECOMR－78Q5．0－0．3的AEC－Q200測試計劃

圖3：RECOMDC／DC轉(zhuǎn)換器的AEC－Q認(rèn)證熱循環(huán)曲線

另一個汽車認(rèn)證的RECOM部件是RAQ－0505S／H（圖4），這是一款用于一般汽車的隔離式DC／DC轉(zhuǎn)換器，5VDC輸入，以1W的功率供應(yīng)未穩(wěn)壓的5V輸出，同時具有持續(xù)短路保護(hù)。該器件的典型應(yīng)用是給CAN總線供應(yīng)隔離的5V電壓。RAQ－0505S／H的AEC－Q測試條款與R－78Q類似，包括了AEC－Q200和AEC－Q104的相關(guān)要求。后者是較新的標(biāo)準(zhǔn)，于2017年九月公布，涵蓋了具備有源和無源組件的「多芯片」模塊，這些模塊將有源和無源器件組合到封裝中，回流焊接到印刷電路板上。

圖4：RECOMRAQ－0505S／H汽車級DC／DC轉(zhuǎn)換器

SMT轉(zhuǎn)換器的隔離等級為5kVDC／1s（2．8kVAC／1min），爬電距離＞4mm，可以持續(xù)承受輸入和輸出之間的高壓電池的電壓差。重要應(yīng)用是給電動汽車電池管理系統(tǒng)的高壓側(cè)電流傳感器供電（圖5）。傳感器電路比系統(tǒng)接地高400V電池電壓，而且要一個5V隔離電源。

圖5：使用RAQ－0505S的高壓側(cè)電池電流傳感器

RAQ－0505S／H可以在－40°C至＋105°C的溫度范圍內(nèi)滿載工作，使用壽命、沖擊、振動、電路板彎曲和熱循環(huán)（1000次）皆獲得了AEC－Q200設(shè)計驗證。DC／DC轉(zhuǎn)換器通過了IEC60950－1的「基本」絕緣認(rèn)證，輻射符合CISpR－25第3級和EN55032標(biāo)準(zhǔn)，并具備一個簡單的外部濾波器。根據(jù)MIL－HDBK217F，在25°C可靠性達(dá)到驚人的1170萬小時。

質(zhì)量要求－IATF16949：2016和ppAp

進(jìn)入汽車市場的零部件供應(yīng)商應(yīng)持有國際汽車工作組的IATF16949：2016標(biāo)準(zhǔn)所含義的質(zhì)量系統(tǒng)認(rèn)證。該標(biāo)準(zhǔn)是ISO9001的延伸并以流程為導(dǎo)向，適用于整個組織，從管理領(lǐng)導(dǎo)到制造流程以及售后支持。認(rèn)證是一個漫長的過程，要大量的文檔、內(nèi)部審核和外部評估，并且質(zhì)量管理系統(tǒng)必須在規(guī)定的時間內(nèi)證明合乎規(guī)定，然后再授予認(rèn)證。供應(yīng)商還必須維護(hù)生產(chǎn)管理程序（ppAp），該程序管控生產(chǎn)前、生產(chǎn)過程和生產(chǎn)后的設(shè)計和工藝。關(guān)于流程或生產(chǎn)變更，有五個提交等級要求供應(yīng)商采取不同的措施（表4）。在工業(yè)電源市場中，RECOM在臺灣的制造基地是獨一無二的，不僅擁有完整的IATF16949：2016認(rèn)證，還以ppAp系統(tǒng)來管理汽車產(chǎn)品。

表4：ppAp提交等級

其它汽車應(yīng)用的RECOM產(chǎn)品

RECOM其他的系列產(chǎn)品也經(jīng)通過類似汽車級器件的、高加速壽命（HALT）和生產(chǎn)測試，并由同一個汽車認(rèn)證的廠生產(chǎn)，因此這些高端工業(yè)級DC／DC模塊可以在車輛或充電站的控制和檢測中使用。舉例來說，RKE系列普遍應(yīng)用在CAN總線隔離器，RB－系列安裝在汽車漏電流檢測器的電路中，而Rp－和RKE－部件則使用在車載充電器。

寬輸入DC／DC轉(zhuǎn)換器適合搭配具有濾波器的12V和48V汽車標(biāo)稱電壓，例如16－36V或18－75V輸入的REC15E－Z，另外RAC系列的AC／DC轉(zhuǎn)換器是汽車充電器電路中的輔助電源。輸入范圍高達(dá)528VAC的RAC05－05SK／480是一個特別有用的器件，可以連接在三相充電器的各相之間為電路供電，電路檢測到車輛連接后會啟動充電器。這樣就可以使用無零線連接的L1／L2／L3／pE電源。

RECOM之姊妹公司powerControlSystems致力于雙向AC／DC應(yīng)用

powerControlSystems［2］現(xiàn)在是RECOM集團(tuán)的一部分，是一家供應(yīng)定制大功率電源給要求高可靠性的鐵路、醫(yī)療、特種和能源市場的歷史悠久的供應(yīng)商。最近推出一款10kW雙向AC／DC轉(zhuǎn)換器（圖6）。初始版本具有三相交流輸入和20V500A輸出。該電源實現(xiàn)雙向調(diào)節(jié)來控制新電池的充放電。有機(jī)會應(yīng)用在電動汽車的交互式家用充電。例如，電動汽車可以以選定的低電價或以太陽能充電，然后在電價高時將多余的電力退回或反饋給電網(wǎng)。該產(chǎn)品具有數(shù)字接口用來控制和監(jiān)控充電和放電周期。

圖6：powerControlSystems的10kW雙向AC／DC

RECOM模塊化轉(zhuǎn)換器可節(jié)省時間和金錢

RECOM［3］的模塊化電源轉(zhuǎn)換器可以成為經(jīng)濟(jì)高效的汽車應(yīng)用解決方案，價格不但具有競爭力同時還能節(jié)省開發(fā)和認(rèn)證時間，擁有成本比分立式解決方案來得更低。收購了powerControlSystems之后，RECOM集團(tuán)能夠供應(yīng)1W至10kW的產(chǎn)品以及符合AEC－Q的產(chǎn)品組合。