自從Karl Friedrich Benz於1886年設計並製造了世界上第一輛能實際應用的內燃機發動的汽車，人類開始了汽油汽車的歷史。然而啟動汽車引擎需要啟動機，因此伴隨著電動啟動機的成熟發展，蓄電池也跟著普及起來，最終每台家用汽車上都有著一顆看似不起眼卻無比重要的蓄電池。電池電壓也從一開始的6V，於50年代左右幾經波折提升至12V，並沿用至今。

緊接著汽車科技的發展與設備不斷的推陳出新，往往同時提高電能的消耗功率，令12V的電池系統漸顯疲態；加上車商為了節能減碳，紛紛朝向混合動力發展，將越來越多的傳統機械驅動模組改為馬達驅動方式。變動的幅度越大，效益越高，卻也加劇12V系統效益不彰的問題。

為了提高馬達的效能、縮小體積與重量，其中一個方法是提高電壓。但高壓卻有安全疑慮，50V以下是人體可以承受的安全電壓，歐洲法規更規定超過60V電壓的系統，在導線和連接處就要採用特殊的絕緣措施，無形中增加成本與重量，所以48V電池系統便是兩者之間的平衡點。目前的車子便對耗電量重的驅動模組提供48V電壓，傳統弱點模組則維持採用12V電壓，因而車子內同時存在兩種電池電壓系統，如圖一所示。

圖一

為符合市場需求，Microchip提供了1600W Bus Balancer參考設計方案。如圖二所示，此設計方案可對雙電池系統互相進行充放電，以確保12V系統用電無虞，安全系統得以保持工作狀態，並且不需額外的12V充電器。採用是模組化的設計，一個模組400W，參考設計為四個模組並聯產生1600W功率。

圖二

每個模組採用Synchronous Buck的架構，如圖三所示。Q1A與Q1B為主開關，Q2A、Q2B、Q3A、Q3B為雙向斷路保護開關。

圖三

效率曲線圖如圖四，Eta曲線包含四個斷路保護開關，Eta_WS曲線則為單純雙向轉換器的效率，最高效率約97%。

圖四

基於dsPIC33EP64GS506之參考設計基本規格如下：

‧ Topology: Synchronous Buck

‧ Main Controller: dsPIC33EP64GS506

‧ 48V rail: 25Vdc - 55Vdc

‧ 12V rail: 10.5dc - 18dc

‧ Iout: 0A - 120A (adjustable)

‧ Efficiency: ~97% (@700W)

‧ Switching frequency: 87 kHz per phase (interleaved, input/output switching frequency 350 kHz)

‧ Reverse bias protection on both rails: Yes

‧ Input filter: Yes

‧ Redundancy: Yes (50%)

對Bus Balancer及dsPIC數位電源開發工具有興趣的讀者，請參考官方網站 https://www.microchip.com/design-centers/automotive-solutions/automotive-applications/powertrain-ev-hev/dc-dc-converter，亦歡迎與我們經驗豐富的設計團隊聯繫。

本文作者為：Microchip工程師 李政道