當汽車應用能夠以更少的零件完成更多的工作時，就能夠實現電動車在減少重量和成本的同時提高可靠性。這樣的理念就是在電動車（EV）和混合電動車（HEV）中整合其設計和整合動力傳動系統。欲瞭解更多資訊，請參考TI整合動力傳動系統解決方案。
模組化架構是什麼？
模組化架構整合了諸多動力傳動系統終端設備，例如車載充電器（OBC）、高電壓 DC/ DC（HV DC/ DC）、逆變器和配電單元（PDU）等。如圖1所示，可在機械、控制或動力傳動系統級別應用整合。
圖1：電動車標準架構概述
為什麼模組化架構最適合EV/ HEV？
整合動力傳動系統解決方案協助您實現：
• 功率密度提升。
• 重量減輕進而增加可靠性。
• 成本優化。
• 設計和組裝簡化(因其具有標準化和模組化能力)。
現今市場上的模組化應用
目前市場上有許多方法來實現模組化應用，在以下圖示中（以車載充電器和高電壓 DC/ DC模組為例），德州儀器分享四種最常見的方法，讓您在組合動力傳動系統、控制電路和機械的同時，達到最大化功率密度。
四種方法為：
• 選項 1 ： 帶有獨立系統的獨立組件，不過現在較少人使用。
• 選項 2 ： 可細分為兩個種選擇，一是共用 DC/ DC 和車載充電裝置的機械外殼，但拆分獨立的冷卻系統；另外是共用外殼和冷卻系統，此為最常見的選擇。
• 選項 3 ： 控制級整合，目前正逐步發展成為選項 4。
• 選項 4 ： 具備最佳成本優勢的功率級整合，因為其電源電路中的電源開關和磁性元件較少，但是它的控制演算法也最為複雜。
圖2：OBC和DC/ DC模組化架構的四個常見選項
在以下表格中，我們提列出目前市場上有的模組化架構。
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OBC、高電壓DC/DC、PDU三合一高電壓整合，可優化電磁干擾（EMI） （選項3） |
整合了車載充電器和高電壓DC/ DC 轉換器的整合動力傳動系統 （選項 4） |
43 kW 充電器設計，整合了車載充電器、牽引逆變器和牽引馬達 （選項4） |
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· 6.6 kW 車載充電器 · 2.2 kW 直流/直流 · 配電單元 |
· 6.6 kW 車載充電器 · 1.4 kW 直流/直流 · 磁性整合 · 共用功率開關 · 共用控制單元 |
· 車載充電器高達 43KW · 共用三相橋功率開關 · 馬達繞組複用為OBC PFC電感 |
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*其他廠商報告顯示，此類設計可減少約 40% 的重量和體積，同時提升 40% 的功率密度。 |
（一個微控制器控制功率因數校正級、一個微控制器控制 DC/ DC 級和一個高電壓 DC/ DC） |
（一個微控制器控制牽引馬達驅動和車載充電器 OBC (PFC + LLC) ) |
表1：三個成功實現的整合動力傳動系統
動力傳動系統模組原理圖
在以下圖示中，我們展示一個動力傳動系統模組原理圖，其能夠實現具備功率開關和磁性整合的模組化架構。
圖3：動力傳動系統模組中的電源開關和電磁共用
如上圖所示，OBC 和高電壓 DC/ DC 轉換器都連接到高電壓電池，因此車載充電器和高電壓 DC/ DC 的全橋式額定電壓相同，讓車載充電器和高電壓 DC/ DC 的全橋可與功率開關相互共用。
此外，如圖所示將兩個變壓器整合在一起即可實現磁性整合。由於它們在高電壓側具有相同的額定電壓，因此最終可能成為三相變壓器。
提升性能
在以下圖示中，我們展示如何內建降壓轉換器來改善低電壓輸出的性能。
圖4：改善低電壓輸出的性能
當此組合拓撲在高電壓電池充電條件下作用時，高電壓輸出將得到精確的控制。但是，由於變壓器的兩個終端合在一起，造成低電壓輸出的性能將受限。一種改善低電壓輸出性能的簡易方法是添加一個內建降壓轉換器，但該方法需要權衡額外成本。
共用組件
如同 OBC 和高電壓 DC/ DC 整合一樣，車載充電器的 PFC 三相橋式整合器和牽引馬達驅動器的額定電壓非常接近。如圖 5 所示，即能實現車載充電器和牽引馬達驅動器的三相橋式共用功率開關，可以降低成本並提高功率密度。
圖5：在模組設計中共用組件
由於馬達中通常有三個繞組，因此也可透過在 OBC 中共用繞組作為功率因數校正電感器來實現磁性整合，這也有助於降低設計成本並提高功率密度。
結論
從低階機械整合到高階電子整合，一直在不斷發展。系統複雜度將隨著整合級別的提高而增加。但是每個動力傳動系統模組變型都會有不同的設計挑戰，包括：
• 需要仔細設計磁性整合以達到最佳性能。
• 對於整合系統，控制演算法將更加複雜。
• 在更小的系統中設計高效的冷卻系統來散熱。
靈活性是整合動力傳動系統的關鍵。多樣化的選項為使用者提供了在任意級別上探索此設計的機會。
其他資源
• 效率為98.6%、6.6kW圖騰柱PFC HEV/EV車載充電器參考設計
• 用於HEV / EV車載充電器的雙向CLLLC諧振雙主動橋式（DAB）參考設計
關於德州儀器（TI）
德州儀器（納斯達克股票代碼：TXN）為位居世界領導地位的全球半導體公司，致力於設計、製造、測試以及銷售類比和嵌入式半導體晶片，為工業、汽車、個人電子、通訊設備和企業系統等市場服務。打造更美好的世界是我們的願景，為此，我們以半導體技術為基礎，致力於創造更輕巧、更高效、更可靠及更具成本效益的產品解決方案，使半導體更加普及地被應用於各式電子產品中。推動半導體技術持續更上一層樓，是我們數十年來始終如一的信念。更多詳情，敬請瀏覽TI.com。
