高压电池隔离开关简介
出处:网络整理 发布于:2025-03-20 16:41:52
电动汽车使用 400 和 800 V 电池,标称电流超过 200 安培,如果这种高电压和电流连接到底盘或汽车的任何导电部分,这可能是致命的。为了防止这种情况发生,制造商使用高压和大电流直流继电器,将电池正负轨与网络断开,如图 1 所示。
如果继电器用于为与逆变器并联的直流 (DC) 母线电容器充电,则需要预充电电路,该电容器的浪涌电流取决于其尺寸、电压和时间瞬变。该电路首先闭合,并在接近直流母线电压后打开。如果使用半导体,则不再需要这种预充电。
继电器是机电设备,在其应用中具有一定的挑战。一个主要挑战是两个开关之间的电弧,这是由它们两端的电压引起的放电,并由流经它们的电流维持。电弧会导致使用寿命缩短,或者坏的情况是,如果触点焊接在一起,则会导致损坏。继电器提供商有多种解决方案来克服这个问题,例如跨负载的电容器、充气室等。高压直流继电器的温度范围通常限制为 -40°C 至 85°C,开关速度在几十毫秒的范围内。
继电器的替代品是双向固态半导体开关,如下所述。它侧重于主承包商,意识到辅助电路也需要这些开关。
将半导体用作继电器替代品,以便将两个晶体管反串联放置,以阻止两个方向的电流(见下面的图 2),并使用 n 沟道 MOSFET。或者,通常可以使用所有其他类型的 FET。VisIC 的竞争力是直接驱动配置的宽带隙氮化镓 (GaN) FET,因此建议将其用于 HV-BDS。
BDS 中使用的 FET 有什么要求?在正常运行期间,开关一直打开,因此 RDS上是一个主要参数,定义导通损耗 (PCON系列=I?*RDS上).通过技术本身和多个的并行化,可以实现所需的值。并联对于适当的电流共享至关重要,必须保证这一点。除其他参数外,它在很大程度上取决于具有对称杂散电感的完美印刷电路布局。耗尽型 GaN FET 从 2 维电子气体 (2DEG) 中提供约 1500 cm?/V*s 的高电子迁移率,并具有卓越的可靠性。
为什么 GaN 器件是 HV-BDS 的合适候选者?Baliga (2016) 说:“......预测的 0.4mOhm/cm 的比导通电阻比传统硅器件的理想比导通电阻小 180 倍。商用设备目前没有达到这个预测,但即使电阻是两倍,它也将比硅开关小 90 倍。因此,对于相同的 RDS,GaN 晶体管可以做得更小上或者对于相同尺寸的传感器,电阻要小得多,非常适合电池断路开关。图 3 所示的 VisIC 的直接驱动配置展示了如何控制 GaN 器件,与市场上的其他解决方案相比,它产生了多种优势,例如,没有反向恢复损耗、提高了可靠性等。
图 2.块原理图。图片由 Bodo's Power Systems 提供
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