??無論是從2kW的鉛酸電池來冷啟動傳統(tǒng)發(fā)動機，還是從400kW 以上的400V鋰電池讓電動汽車在「急速」模式下達到最高的性能，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)功率轉換器以提高效率、減少重量和尺寸，并采用最新的半導體技術逐步減少損耗，這一切都吸引了眾人的目光。汽車電子產(chǎn)品當然還必須在嚴苛的環(huán)境中可靠地工作，同時遵循國際和OEM特定的質量控制標準。通過布局、設計、制造確保產(chǎn)品的可靠性。
??車載DC／DC轉換器
??除主動力總成系統(tǒng)以外，車輛的功率轉換級別有很多種：以12V至48V低壓電源來說，輔助DC／DC發(fā)電機和轉換器可為無鑰匙進入系統(tǒng)、高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）或信息娛樂系統(tǒng)提供低電壓（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）需要隔離良好的內務管理電源。最基本的功率等級可能只有幾瓦，但所采用的DC／DC轉換器的效率應該與大功率傳動系統(tǒng)的相同以保持低溫和高可靠性。許多低功率轉換器的工作環(huán)境跟功率轉換器相似，需要應付溫度大幅變化以及具備相同的抗沖擊性和抗震能力。板級上的轉換器通常沒有傳導冷卻或強制冷卻，經(jīng)常處于密閉環(huán)境僅依靠對流來冷卻。有趣的是，隨著車輛中電子設備數(shù)量增加，低功率轉換器在汽車應用上的功能與IT、工業(yè)甚至商用轉換器的功能越來越趨于一致。
??例如，為安費諾代理商CAN總線和以太網(wǎng)總線通信網(wǎng)絡提供5V隔離電源，為處理器、FPGA和ASIC提供低于1V的電源，以及為舊設備和娛樂系統(tǒng)提供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，設備設計人員正在尋找模塊化DC／DC轉換器，使用預認證的方式加快上市速度，成本卻不會比分立式設計來得高。作為DC／DC轉換器歷史悠久的制造商，molex正致力于這一市場。
汽車環(huán)境中的低功率DC／DC轉換器
??車輛之電力電子環(huán)境
??模塊化DC／DC轉換器市場很廣，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「重負載」高電壓浪涌值。標準LV124（也稱為VW80000）設置12V標稱鉛酸電池系統(tǒng)的電平，而LV148適用于48V鋰離子電池，這在中度混合電動車（SHEV）中越來越常見（圖2）。除了連續(xù)重負載工作電壓范圍外，還有兩個極性但能量較低的快速瞬態(tài)電壓。ISO－7637－2和ISO 16750－2為適用于電源線的標準。
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??符合LV124和LV148的車輛電壓
??雖然標準的4：1電信轉換器可應付大多數(shù)標稱12V的輸入電壓，但只有專為汽車設計的DC／DC產(chǎn)品才能滿足所有12V（9－36V）的電壓變化。48V鋰電池的電壓范圍有更嚴格的限制，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以及快速高壓瞬變抗擾度，因此在任何情況下通常都需要外部保護或濾波網(wǎng)絡。LV標準還規(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6V峰峰值的疊加交流電壓。而低功率轉換器已經(jīng)有集成可用的濾波和保護功能，可以為其他設備供電。
??電磁兼容性（EMC）是汽車系統(tǒng)的關鍵要素，而DC／DC轉換器為了效率采用開關模式，成為潛在的干擾源。符合CISPR－25的排放限制是常見的要求，除了標準DC／DC模塊的內置功能以外，通常還需要高頻濾波。轉換器還必須對規(guī)定的EMI傳導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轉換器和EMC的濾波專家，提供符合各種EMC標準的濾波器設計實例和演示板。 汽車應用的環(huán)境條件與其他領域大不相同，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。汽車的機械沖擊和振動要求也很嚴苛，工業(yè)標準不足以滿足要求。
? ?無論是從2kW的鉛酸電池來冷啟動傳統(tǒng)發(fā)動機，還是從400kW 以上的400V鋰電池讓電動汽車在「急速」模式下達到最高的性能，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)功率轉換器以提高效率、減少重量和尺寸，并采用最新的半導體技術逐步減少損耗，這一切都吸引了眾人的目光。汽車電子產(chǎn)品當然還必須在嚴苛的環(huán)境中可靠地工作，同時遵循國際和OEM特定的質量控制標準。通過布局、設計、制造確保產(chǎn)品的可靠性。
車載DC／DC轉換器
除主動力總成系統(tǒng)以外，車輛的功率轉換級別有很多種：以12V至48V低壓電源來說，輔助DC／DC發(fā)電機和轉換器可為無鑰匙進入系統(tǒng)、高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）或信息娛樂系統(tǒng)提供低電壓（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）需要隔離良好的內務管理電源。最基本的功率等級可能只有幾瓦，但所采用的DC／DC轉換器的效率應該與大功率傳動系統(tǒng)的相同以保持低溫和高可靠性。許多低功率轉換器的工作環(huán)境跟功率轉換器相似，需要應付溫度大幅變化以及具備相同的抗沖擊性和抗震能力。板級上的轉換器通常沒有傳導冷卻或強制冷卻，經(jīng)常處于密閉環(huán)境僅依靠對流來冷卻。有趣的是，隨著車輛中電子設備數(shù)量增加，低功率轉換器在汽車應用上的功能與IT、工業(yè)甚至商用轉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)絡提供5V隔離電源，為處理器、FPGA和ASIC提供低于1V的電源，以及為舊設備和娛樂系統(tǒng)提供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，設備設計人員正在尋找模塊化DC／DC轉換器，使用預認證的方式加快上市速度，成本卻不會比分立式設計來得高。作為DC／DC轉換器歷史悠久的制造商，
圖1：汽車環(huán)境中的低功率DC／DC轉換器
車輛之電力電子環(huán)境
模塊化DC／DC轉換器市場很廣，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「重負載」高電壓浪涌值。標準LV124（也稱為VW80000）設置12V標稱鉛酸電池系統(tǒng)的電平，而LV148適用于48V鋰離子電池，這在中度混合電動車（SHEV）中越來越常見（圖2）。除了連續(xù)重負載工作電壓范圍外，還有兩個極性但能量較低的快速瞬態(tài)電壓。ISO－7637－2和ISO 16750－2為適用于電源線的標準。
圖2：符合LV124和LV148的車輛電壓
? 雖然標準的4：1電信轉換器可應付大多數(shù)標稱12V的輸入電壓，但只有專為汽車設計的DC／DC產(chǎn)品才能滿足所有12V（9－36V）的電壓變化。48V鋰電池的電壓范圍有更嚴格的限制，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以及快速高壓瞬變抗擾度，因此在任何情況下通常都需要外部保護或濾波網(wǎng)絡。LV標準還規(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6V峰峰值的疊加交流電壓。而低功率轉換器已經(jīng)有集成可用的濾波和保護功能，可以為其他設備供電。
? 電磁兼容性（EMC）是汽車系統(tǒng)的關鍵要素，而DC／DC轉換器為了效率采用開關模式，成為潛在的干擾源。符合CISPR－25的排放限制是常見的要求，除了標準DC／DC模塊的內置功能以外，通常還需要高頻濾波。轉換器還必須對規(guī)定的EMI傳導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轉換器和EMC的濾波專家，提供符合各種EMC標準的濾波器設計實例和演示板。 汽車應用的環(huán)境條件與其他領域大不相同，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。汽車的機械沖擊和振動要求也很嚴苛，工業(yè)標準不足以滿足要求。
? ?ISO 16750－3是機械沖擊、振動和其他條件（包括碎石轟擊）的道路車輛標準，嚴重級別因應用不同而定。然而，該標準是以傳統(tǒng)活塞發(fā)動機和隨之產(chǎn)生的振動信號為基礎，因此在某些方面可能不適用電動汽車。標準定義從－40°C到應用的最高環(huán)境溫度的范圍之內，在特定頻率下加速最高為200m／s2，機械沖擊適用所有的車輛類型。但是商用車變速箱的最嚴重情況是它可能持續(xù)1ms高達50，000m／s2（5，100g）。
??電源轉換器的AEC－Q測試
??用于關鍵應用（例如安全系統(tǒng)和發(fā)動機控制）的功率轉換器通常是分立式設計，嵌入在其他電子設備中并由獲得壓力測試認證的器件組成。考慮使用DC／DC模塊的時候，轉換器通常需要進行特定的設計和測試才能滿足汽車質量、電氣、環(huán)境以及EMC的要求。汽車電子委員會［1］發(fā)布了電子應力測試規(guī)范的標準。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)電子零件的質量和認證標準。AEC－Q采用了汽車工程師協(xié)會（SAE）和IEC／ISO的標準以及符合IATF 16949：2016的質量體系，為零件制造商制定了進入汽車業(yè)的最低要求。RECOM R－78Q5．0－0．3的AEC－Q200測試計劃
??但是AEC－Q標準并不直接適用于DC／DC轉換器，因此制造商必須選擇最相關的標準，通常是IC的AEC－Q100或無源元件的AEC－Q200（表1）。
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?AEC－Q標準之器件應力測試認證規(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。應用是以溫度進行了分級（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。
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??符合AEC－Q200認證的器件溫度等級
??AEC－Q標準是由供應商進行自我認證來證明其符合性，而非由測試機構使用。而且這些標準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用提出進一步的器件認證要求。盡管有許多的汽車專用測試，但AEC－Q還參考了其他標準的測試方式，例如MIL－STD－883、JEDEC、JESD、IPC以及UL。 RECOM最近對多種車載DC／DC轉換器進行了認證。以R－78Q5．0－0．3為例，它是一種高效的非隔離式DC／DC轉換器，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)是汽車應力測試認證的關鍵部分。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。
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??RECOM R－78Q5．0－0．3的AEC－Q200測試計劃
??另一個汽車認證的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轉換器，5VDC輸入，以1W的功率提供未穩(wěn)壓的5V輸出，同時具有連續(xù)短路保護。該器件的典型應用是給CAN總線提供隔離的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的相關要求。后者是較新的標準，于2017年9月發(fā)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。
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??RECOM RAQ－0505S／H汽車級DC／DC轉換器
? molex連接器SMT轉換器的隔離等級為5kVDC／1s（2．8kVAC／1min），爬電距離＞4mm，可以連續(xù)承受輸入和輸出之間的高壓電池的電壓差。主要應用是給電動汽車電池管理系統(tǒng)的高壓側電流傳感器供電（圖5）。傳感器電路比系統(tǒng)接地高400V電池電壓，而且需要一個5V隔離電源。
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??使用RAQ－0505S的高壓側電池電流傳感器
??RAQ－0505S／H可以在－40°C至＋105°C的溫度范圍內滿載工作，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設計驗證。DC／DC轉換器通過了IEC 60950－1的「基本」絕緣認證，輻射符合CISPR－25第3級和EN55032標準，并具備一個簡單的外部濾波器。根據(jù)MIL－HDBK 217F，在25°C可靠性達到驚人的1170萬小時。
??質量要求－IATF16949：2016和PPAP
??進入汽車市場的零部件供應商應持有國際汽車工作組的IATF 16949：2016標準所定義的質量系統(tǒng)認證。該標準是ISO 9001的延伸并以流程為導向，適用于整個組織，從管理領導到制造流程以及售后支持。認證是一個漫長的過程，需要大量的文檔、內部審核和外部評估，并且質量管理系統(tǒng)必須在規(guī)定的時間內證明合乎規(guī)定，然后再授予認證。供應商還必須維護生產(chǎn)管理程序（PPAP），該程序管控生產(chǎn)前、生產(chǎn)過程和生產(chǎn)后的設計和工藝。對于流程或生產(chǎn)變更，有五個提交等級要求供應商采取不同的措施（表4）。在工業(yè)電源市場中，molex在連接器制造基地是獨一無二的，不僅擁有完整的IATF 16949：2016認證，還以PPAP系統(tǒng)來管理汽車產(chǎn)品。
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??其它汽車應用的molex產(chǎn)品
? molex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，并由同一個汽車認證的工廠生產(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轉換器適合搭配具有濾波器的12V和48V汽車標稱電壓，例如16－36V或18－75V輸入的REC15E－Z，另外RAC系列的AC／DC轉換器是汽車充電器電路中的輔助電源。輸入范圍高達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。
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