采用12V至12V双电池汽车双向DC-DC控制器实现冗余

到处都有迹象表明，自动驾驶汽车革命即将全面展开。汽车公司正在与谷歌和优步等科技巨头以及著名的初创企业合作，开发下一代自动驾驶汽车，这些汽车将改变我们的道路和通道，并为未来的智能城市奠定框架。他们正在利用机器学习、物联网 （IoT） 和云等技术进步来加速这一发展。

更重要的是，自动驾驶汽车将推动Uber和Lyft等流行的乘车共享服务已经启动的行业颠覆。这些碎片正在共同创造一个智能和无人驾驶汽车成为交通未来的世界。

最终，所有自动驾驶汽车都将采用传感器、摄像头、雷达、高性能GPS、光探测和测距（lidar）、人工智能（AI）和机器学习的组合来实现一定程度的自主性。与安全且可扩展的物联网、数据管理和云解决方案的连接也很重要，因为它们为收集、管理和分析传感器数据提供了弹性和高性能的基础。

联网汽车的兴起具有深远的社会影响，从环境效益到提高安全性。道路上的汽车减少也意味着温室气体排放的减少，从而降低能耗和改善空气质量。

对于自动驾驶汽车和智能道路系统，端点遥测、智能软件和云都是必不可少的推动因素。自动驾驶汽车中的车载摄像头和传感器收集大量数据，这些数据必须实时处理，以保持车辆在正确的车道上并在前往目的地时安全运行。

基于云的网络和连接是组合中的另一个重要部分。自动驾驶汽车将配备支持机器对机器通信的车载系统，使他们能够向道路上的其他车辆学习，以便根据天气变化和不断变化的道路状况（如绕道和路径碎片）进行调整。先进的算法和深度学习系统是确保自动驾驶汽车能够快速、自动地适应不断变化的场景的核心。

除了云计算基础设施的可扩展性和智能数据管理等特定组件之外，还需要关键任务系统（包括电源）的冗余。目前还提供冗余电池解决方案，例如LTC3871，它与两个具有不同额定电压的电池配合使用，例如48 V锂离子电池和12 V铅酸电池。但是，这些现有解决方案中的大多数不能为相同的电池电压提供冗余，例如两个12 V，24 V或48 V电池。直到现在，就是这样。

显然，需要一个双向降压-升压DC-DC转换器，该转换器可以在两个12 V电池之间切换。这种DC-DC转换器可用于为任一电池充电，并允许两个电池向同一负载提供电流。此外，如果其中一个电池发生故障，则需要检测该故障并将其与另一个电池隔离，以便另一个电池继续为负载供电而不会造成任何中断。ADI公司最近发布的LT8708双向DC-DC控制器解决了利用LT8708控制器连接两个具有相同电压的电池的关键功能。

单一双向 IC 解决方案

LT8708 是一款效率为 98% 的双向降压-升压开关稳压控制器，可在两个具有相同电压的电池之间工作，非常适合自动驾驶汽车中的冗余。它可以在高于、低于或等于输出电压的输入电压下工作，使其非常适合电动和混合动力汽车中常见的两个 12 V、24 V 或 48 V 电池。LT8708 在两节电池之间工作，并在其中一节电池发生故障时防止系统关断。该器件还可用于 48 V/12 V 和 48 V/24 V 双电池系统。

LT8708采用单电感器，在2.8 V至80 V的输入电压范围内工作，同时产生1.3 V至80 V的输出电压，根据外部组件的选择和相数提供高达几千瓦的功率。它简化了需要调节 V 的电池/电容器备份系统中的双向电源转换外/ 5在和/或我外我在，无论是正向还是反向。该器件的六种独立调节形式使其可用于多种应用。

LT8708-1 与 LT8708 并联使用以增加功率和相位。LT8708-1 始终作为主 LT8708 的从机运行，可以异相计时，并且能够提供与主站一样多的功率。一个主站最多可连接12个从站，按比例增加系统的功率和电流能力。

可以监控和限制转换器输入侧和输出侧的正向和反向电流。所有四个电流限值（正向输入、反向输入、正向输出和反向输出）都可以使用四个电阻独立设置。结合方向 （DIR） 引脚，芯片可配置为处理来自 V 的功率在到 V外或从 V外到 V在，是汽车、太阳能、电信和电池供电系统的理想选择。

LT8708 采用 5 mm × 8 mm 40 引脚 QFN 封装。提供三种温度等级，扩展级和工业级的工作温度范围为 –40°C 至 +125°C，汽车级高温范围为 –40°C 至 +150°C。 图1所示为简化的LT8708框图。

图1.LT8708简化的双向双12 V电池应用原理图。

完整解决方案

图2中的框图显示了在汽车应用中完成双电池冗余电路所需的其他器件。如图所示，LT8708与两个LT8708-1器件配合使用，形成一个三相解决方案设计，可在任一方向上提供高达60 A的电流。可以添加额外的 LT8708-1 器件，用于高达 12 相或超过 12 相的更高功率应用。AD8417是一款双向电流检测放大器，可检测流入和流出电池的电流。当此电流超过预设值时，LTC7001 高端 NMOS 静态开关驱动器将打开背靠背 MOSFET，以将任一电池与电路隔离开来。

图2.完整解决方案的双电池冗余框图。

LTC6810-2 监视和控制锂离子电池。它精确测量电池单元，总测量误差小于1.8 mV。将多个 LTC6810-2 器件并联到主机处理器将创建额外的冗余，以监视电路中的其它电压。LTC6810-2 具有一个异位SPI唰唰��接口用于高速、射频免疫、长距离通信，并支持双向操作。该器件还包括对每个电池进行PWM占空比控制的被动平衡，以及执行冗余电池测量的能力。

控件概述

LT8708 提供了一个输出电压，该输出电压可高于、低于或等于输入电压。它还在输入和输出端提供双向电流监控和调节功能。ADI专有控制架构在降压、升压或降压-升压工作区域采用电感电流检测电阻。电感电流由V上的电压控制C引脚，这是六个内部误差放大器 EA1 至 EA6 的组合输出。这些放大器可用于限制或调节其各自的电压或电流，如表1所示。

 

放大器名称	引脚名称	用于限制或调节
磷酸 二 铵	IMON_INN	负 I在
达斯	IMON_ON	负 I外
达尔	FBIN	V在电压
道	FBOUT	V外电压
.DAT	IMON_INP	阳性 I在
穴鸟	IMON_OP	阳性 I外

 

五世C电压的最小-最大范围通常约为1.2 V。最大 VC电压控制最正的电感电流，因此控制来自V的最大功率流在到 V外.最小值 VC电压控制最大的负电感电流，因此控制来自V的最大功率流外到 V在.

在 V 的简单示例中外监管，FB外引脚接收 V外电压反馈信号，与使用 EA4 的内部基准电压进行比较。低电压外电压升高 VC因此，更多的电流流入V外.相反，更高的V外减少 VC，从而将电流降低到 V外甚至从V汲取电流和功率外.

如前所述，LT8708 还在输入和输出端提供双向电流调节功能。五世外电流可以在正向和反向（分别为EA6和EA2）上调节或限制。五世在电流也可以在正向和反向（分别为EA5和EA1）上调节或限制。

在常见应用中，V外可以使用EA4进行调节，而其余误差放大器则监视过大的输入或输出电流或输入欠压情况。在其他应用中，例如电池备份系统，连接到 V 的电池外可以用恒流 （EA6） 充电至最大电压 （EA4），有时也可以反转以将电源回 V在使用其他误差放大器调节V在并限制最大电流。有关此主题的更多信息，请参见 LT8708 数据手册。

结论

LT8708-1 为相同电压的双电池 DC-DC 汽车系统带来了新的性能、控制和简化水平。无论是将其用于两个电源之间的能量传输以实现冗余，还是用于任务关键型应用中的备用电源，LT8708 都允许用户使用具有相同电压的两个电池或超级电容器工作。这种能力使汽车系统工程师能够为汽车电子的新进步铺平道路，使汽车更安全、更高效。

审核编辑：郭婷