選對DC-DC模組 讓旅行E-Bike發揮最大效能

作者 : Vicor公司供稿

製造出稱心如意的旅行電動自行車並不容易。旅行電動自行車的這些特點要求其動力系統必須具備尺寸小、重量輕的特點,同時還有盡可能地延伸續航里程。也就是說,製造商必須從最輕最小的零件中榨取出最多的能量。

旅行電動自行車不是交通工具,而是休閒娛樂和運動健身器;它以人力驅動為主,電力驅動為輔。當下,旅行電動自行車正在興起,代表著健康生活新時尚。電動協助讓騎士在上坡的時候輕鬆愜意,並極大地延伸了騎士的行駛里程。同時,像登山車或公路車一樣,旅行電動自行車十分輕便,讓騎士可以輕鬆騎乘和抬放,給我們帶來十足的樂趣而不是痛苦的負擔。

聽起來是不是很簡單?然而,製造出稱心如意的旅行電動自行車並不容易。旅行電動自行車的這些特點要求其動力系統必須具備尺寸小、重量輕的特點,同時還有盡可能地延伸續航里程。也就是說,製造商必須從最輕最小的零件中榨取出最多的能量。

一家位於中國深圳的旅行電動自行車備用電池供應商泰科動力(TritekPower)就諳熟其中奧秘,該公司總經理李昌彪表示,旅行電動自行車市場成長很快,目前在歐洲的接受程度比較高。泰科動力為一家位於西班牙的自行車製造商供貨,這是德國老牌汽車引擎廠商Mahler於 2018年下旬收購的一家公司。

眾所周知,歐洲市場對產品品質要求十分嚴苛,泰科動力生產的旅行電動自行車備用電池組完全符合客戶對小尺寸、高效率、高可靠性和電磁相容等標準的嚴苛要求。泰科動力的備用電池組重量僅4公斤左右,但可以提供近30公里的額外里程。

說到這裡,有些讀者可能不以為然:選用高能量密度的電池不就可以了嗎?實際上,電池組的設計生產沒有那麼簡單。舉個例子:大馬力的汽車就一定跑得更快嗎?如果沒有一款有效率的變速箱,汽車引擎輸出的動力會大打折扣,這樣的汽車不見得跑得過引擎更小,但變速箱更有效率、重量更輕的車子。

同樣,電池組也需要有效率的功率轉換元件。李昌彪指出,與交流驅動的電動摩托車不同,旅行電動自行車的馬達以直流電驅動。雖然鋰離子電池輸出的是直流電,但隨著電池電量和外界環境的變化,電池的輸出電壓並不十分穩定,所以我們需要一個DC-DC轉換器來為馬達提供穩定的電壓。

一款優秀的 DC-DC 轉換器不僅要有穩定的輸出,其轉換效率還要足夠高,這樣才能保證電池電量得到充分利用。他說,泰科動力的電池組整體效率可達90%,比其他廠商的產品高出 5%~10%,其中優秀的DC-DC轉換器功不可沒。

優秀的 DC-DC 轉換器不僅能提升電池電量的利用率,而且能減少電池組的熱耗損,這樣電池組對散熱的要求就會降低,避免了散熱片的使用,從而進一步降低電池組的尺寸和重量。

泰科動力最終選擇的是美商 Vicor的PI3741DC-DC電源轉換模組。他們也曾採用其他廠商的方案進行過實驗,但客戶對結果卻不太滿意。選用PI3741後,泰科動力的電池組產品順利通過了工況下的功能測試,以及電磁相容、抗衝擊、防水等各項效能的認證。

李昌彪表示,PI3741 最突出的特點就是高效率,是備選方案中效率最高的。它的輸入電壓範圍是30V~42V,輸出電壓為42V,非常適合旅行電動自行車備用電池組的輸出轉換。由於效率高、散熱少,電池組的熱管理設計變得更加簡單。由於使用了更少的零組件,電池組的可靠性也得以提升。

Vicor技術支援工程師余訓龍介紹,PI3741之所以具有出色的高效率,是因為它採用了Vicor專有的晶片上零電壓切換(ZVS)技術。要想讓電源轉換方案的整體尺寸更小,就必須提高開關電源的頻率,而隨之而來的通常是開關損耗的上升。ZVS 技術讓切換過程中的電壓為零,即所謂軟切換,這樣切換過程中的矽損耗便降了下來。

軟切換技術本身並非 Vicor 獨有,但Vicor將ZVS拓撲整合到了晶片中,實現高轉換效率下的高整合度,減少外部元件數量、縮小方案尺寸,並提高了產品的可靠性。

余訓龍表示,Vicor 提供泰科動力的PI3741模組以LGIZ形式封裝,更便於散熱,尺寸僅10mmx14mmx 2.5mm,轉換效率可高達96%,比競爭產品高出兩個百分點。Vicor的產品一向以高品質見長,PI3741的不良率僅為兩三個ppm。此外,PI3741具備很低的EMI輻射,這些都為客戶的終端產品滿足歐美嚴苛的品質認證提供了幫助。

好了,旅行電動自行車、備用電池組和 DC-DC 轉換器的故事就講到這裡。雖然 2020 年這個春夏限制了人們遠足的步伐,但陰霾終將散去、明天的陽光會更加美好。那時,旅行電動自行車會載著更多熱愛生活的人們享受大自然的恩賜和新技術的便利。

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