• 1.什么是DC\DC轉(zhuǎn)換器?
• 2.DC\DC轉(zhuǎn)換器在電動(dòng)汽車中的位置(結(jié)構(gòu)和功能)
• 3.DC\DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)組成
• 4.DC\DC轉(zhuǎn)換器的硬件工作原理

一.什么是DC\DC轉(zhuǎn)換器?

DC/DC變換器將一個(gè)直流電壓值的電能變換為另一個(gè)直流電壓值的電能裝置。 DC/DC變換器。系統(tǒng)主要由三個(gè)部分組成， 功率模塊， 驅(qū)動(dòng)模塊和控制模塊部分。 作為電動(dòng)汽動(dòng)力系統(tǒng)中重要的一部分， 它的一類重要功用是為動(dòng)力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)， 空調(diào)以及其他輔助設(shè)備提供所需要的電力。 給車載電氣供電， DCDC的電能來自千動(dòng)力電池包， 給汽車低電壓車載用電器供電。

在工程師選型DC-DC轉(zhuǎn)換器的功率是由汽車的特性決定的， 比如最高速， 百公里加速， 重量， 最大扭矩和功率狀況(峰值功率， 持續(xù)功率等)。

從電動(dòng)汽車到燃料電池汽車， DC-DC變換器都扮演著身份重要的角色， 由于燃料電池電堆輸出電壓不穩(wěn)， 通過DC/DC變換器閉環(huán)控制可以對(duì)其進(jìn)行升壓和穩(wěn)壓， 然后供給電機(jī)驅(qū)動(dòng)器。

根據(jù)DC/DC變換器在燃料電池電動(dòng)汽車中的作用以及運(yùn)行的特殊要求， DC/DC變換器必須滿足以下要求：

(1)變換器是能量傳遞部件， 因此需要滿足轉(zhuǎn)換效率高的要求， 以便提高能源利用率。

(2)由予燃料電池輸出響應(yīng)較慢， 故需要變換器具有良好的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)能力。

(3)為了提高汽車功率密度比， 需要汽車部件體積小， 重量輕， 以提高燃料電池電動(dòng)汽車的運(yùn)輸能力， 使其更有實(shí)用價(jià)值。 因而DC/DC變換器要滿足體積小， 重量輕的要求。

二.DC\DC轉(zhuǎn)換器在電動(dòng)汽車中的位置(結(jié)構(gòu)和功能)

圖示為簡單的電動(dòng)汽車系統(tǒng)架構(gòu)

電動(dòng)汽車系統(tǒng)由不同模塊構(gòu)成，這些模塊為傳動(dòng)系統(tǒng)和能量存儲(chǔ)系統(tǒng)。動(dòng)力電池模塊(通常乘用車是400V范圍內(nèi)的鋰離子化學(xué)電池)由電池管理系統(tǒng)(Battery Management System，BMS)進(jìn)行管理和監(jiān)測，并通過一個(gè)車載充電機(jī)模塊(AC\DC變換器)進(jìn)行充電，交流電壓范圍是從110V的單相系統(tǒng)到380V的三相系統(tǒng)。動(dòng)力電池模塊通過一個(gè)雙向的DC\DC變換器和DC\AC逆變器來驅(qū)動(dòng)電機(jī)，同時(shí)用于再生制動(dòng)，將回收的能量存入動(dòng)力電池。同時(shí)，為了將動(dòng)力電池的高壓轉(zhuǎn)化為可供車載電子設(shè)備使用和給蓄電池充電的13.8V電源，需要一個(gè)降壓型DC\DC變換器模塊。

三.DC\DC轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)組成

圖所示為變換器系統(tǒng)的主電路拓?fù)浼捌淇刂平Y(jié)構(gòu)。輸入級(jí)由Q1、Q2、Q3、Q4四個(gè)開關(guān)管組成的全橋電路和高頻變壓器Tr構(gòu)成，輸出級(jí)由同步整流管SR5、SR6和輸出濾波電感L1、L2以及輸出濾波電容C0構(gòu)成。全橋電路向變壓器一次側(cè)輸出的是準(zhǔn)方波，當(dāng)全橋的對(duì)角開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)能量由變壓器的初級(jí)傳向次級(jí)。在死區(qū)時(shí)間內(nèi)，通過原邊開關(guān)管的寄生電容和變壓器的漏感的串聯(lián)諧振來實(shí)現(xiàn)開關(guān)管的ZVS。如下結(jié)構(gòu)的同步整流管采用外激式驅(qū)動(dòng)，在沒有能量從變壓器原邊傳輸至副邊時(shí)，同步整流器SR5和SR6仍然導(dǎo)通，避免了同步整流管的反并二極管的換流導(dǎo)通，從而進(jìn)一步降低整流的導(dǎo)通損耗。

擴(kuò)展：什么是ZVS?

簡單來說，ZVS就是零電壓開關(guān),英文全稱是：Zero Voltage Switch

PWM開關(guān)電源按硬開關(guān)模式工作(開/關(guān)過程中電壓下降/上升和電流上升/下降波形有交疊)，因而開關(guān)損耗大。高頻化雖可以縮小體積重量，但開關(guān)損耗卻更大了。

為此，必須研究開關(guān)電壓/電流波形不交疊的技術(shù)，即所謂零電壓開關(guān)(ZVS)/零電流開關(guān)(ZCS)技術(shù)，或稱軟開關(guān)技術(shù)，小功率軟開關(guān)電源效率可提高到80%~85%。

20世紀(jì)70年代諧振開關(guān)電源奠定了軟開關(guān)技術(shù)的基礎(chǔ)。隨后新的軟開關(guān)技術(shù)不斷涌現(xiàn)，如準(zhǔn)諧振(20世紀(jì)80年代中)全橋移相ZVS-PWM，恒頻ZVS-PWM/ZCS-PWM(上世紀(jì)80年代末)ZVS-PWM有源嵌位;ZVT-PWM/ZCT-PWM(20世紀(jì)90年代初)全橋移相ZV-ZCS-PWM(20世紀(jì)90年代中)等。

我國已將最新軟開關(guān)技術(shù)應(yīng)用于6kW通信電源中，效率達(dá)93%。

四.DC\DC轉(zhuǎn)換器的硬件工作原理

圖示為基本的PWM全橋變換器電路拓?fù)浜椭饕ㄐ巍Ｆ渲?，Vin是輸入側(cè)直流母線電壓，全橋由四只功率開關(guān)管Q1-Q4構(gòu)成，主變壓器Tr的原副邊繞組匝數(shù)比為N，D5和D6構(gòu)成輸出整流電路，L和C分別為輸出濾波電感和電容，負(fù)載為R。

通過控制全橋的四只功率開關(guān)的導(dǎo)通和截止，在變壓器的原邊得到一個(gè)交流方波電壓Vab，其幅值為Vin。Vab通過高頻變壓器傳輸至副邊，同樣得到一個(gè)交流方波電壓，其幅值為Vin/N。這個(gè)交流方波再經(jīng)過D5和D6構(gòu)成的整流橋整流之后，得到一個(gè)幅值為Vin/N的直流方波電壓Vrect。最后，Vrect經(jīng)L和C組成的濾波網(wǎng)絡(luò)濾去其中的高頻分量，得到一個(gè)平直的直流輸出電壓Vo，其幅值大小為D*Vin/N，其中D=Ton/(Ts/2)是占空比，Ton是斜對(duì)角的兩只開關(guān)管的同時(shí)導(dǎo)通時(shí)間，Ts是開關(guān)周期。輸出電壓Vo的幅值通過調(diào)節(jié)占空比D來實(shí)現(xiàn)。