DC/DC 变换器,作为电动汽动力系统中很重要的一部分,它的一类重要功用是为动力转向系统,空调以及其他辅助设备提供所需的电力。另一类,是出现在复合电源系统中,与超级电容串联,起到调节电源输出,稳定母线电压的作用。
给车载电气供电,DCDC在电动汽车电气系统中的位置,如下图所示。它的电能来自于动力电池包,去处是给车载用电器供电。
1 DCDC分类和工作原理
百度来的一段话:电气隔离,就是将电源与用电回路作电气上的隔离,即将用电的分支电路与整个电气系统隔离,使之成为一个在电气上被隔离的、独立的不接地安全系统,以防止在裸露导体故障带电情况下发生间接触电危险。实现电气隔离以后,两个电路之间没有电气上的直接联系。即,两个电路之间是相互绝缘的。同时还要保证两个电路维持能量传输的关系。电气隔离的作用主要是减少两个不同的电路之间的相互干扰,降低噪声。
非隔离双向DCDC,结构比较简单,每个部件都是直接相连,没有额外的能量损失,工作效率比较髙。对升压侧的电容要求比较高。主要的非隔离DCDC电路结构有双向半桥boost-buck电路,双向buck-boost电路,双向buck电路,双向Zate-Sepic电路,如下图所示。
隔离型双向DCDC,在非隔离型双向DCDC转换器的基础上加上一个高频变压器就构成了隔离型双向DCDC转换器,高频变压器两侧的电路拓扑可以是全桥式、半桥式、推挽式等等。这几种隔离型的双向DCDC转换器,采用了更多的功率开关,电压变比大,带电气隔离等优点。但是这类DCDC转换器结构复杂,成本也相对较高,转换器的损耗高,低频时会导致隔离变压器铁芯饱和,损耗会进一步增加。因此,非隔离型双向DCDC转换器比隔离型在电动汽车上运用更具有优势。
上图中,Vin为输入电压,需要通过DCDC回路,在输出端得到一个需要的输出电压。原边开关电路,将输入电流调制成矩形波,这个过程主要依靠控制器调制特定占空比的PWM波,用以驱动四个开关管按照既定的顺序和时间开闭,从而实现电流逆变过程。原边输入电压可以通过占空比调节,占空比增加输出电压也增加,占空比减小输出电压减小。频率则可以通过调节开关频率调节。T1位变压器,变比你n。变压器既可以实现电气隔离,又可以起到电压调节的作用。一个固定的原边线圈匝数,副边改变匝数,即可得到不同的电压等级。变压器的输入,是经过左侧全桥电路逆变得到的脉冲矩形波,传递到变压器的副边,得到的是另一个电压幅值的交流正弦波。经过DR1和DR2整流以后,再经由Cf和Rl滤波处理,得到直流电,提供给输出端。
对于控制芯片输出的四路 PWM 驱动信号来说,并不能直接驱动四个功率开关管。所以,一般来说,开关电源是需要配套一个驱动电路来驱动功率开关管。
直接耦合型:控制芯片的每一路输出 PWM 驱动信号经过由两个三极管组成的放大电路来驱动功率开关管。此种方法无法实现控制部分与主电路的隔离。
脉冲变压器耦合型驱动电路:此电路是在直接耦合型的基础上加上了一个脉冲变压器,实现了控制电路与主电路的隔离。但是这种结构的缺点是,涉及到变压器的设计、制作等方面,比较复杂。
驱动芯片的驱动电路:为了更加方便地来驱动功率开关管,很多公司研制出驱动芯片,驱动芯片可以输出较大的功率,驱动开关管,而且随着芯片的小型化发展,现在的驱动芯片体积非常小,有各种封装形式。利用驱动芯片对功率开关管驱动,这种方法比较简单,但是控制电路与主电路仍然没有实现隔离。
相比三种控制方式,平均电流的控制方式不限制占空比,对输出电压和电感电流均进行反馈,有比较好的控制效果。采用平均电流控制方式进行反馈电路的设计时,把电流环是看作电压环的一部分。
硬开关是不管开关管(DS极或CE极)上的电压或电流,强行turn on或turn off开关管。当开关管上(DS极或CE极)电压及电流较大时开关管动作,由于开关管状态间的切换(由开到关,或由关到开)需要一定的时间,这会造成在开关管状态间切换的某一段时间内电压和电流会有一个交越区域,这个交越造成的开关管损耗称为开关管的切换损耗。
2 给车载用电器供电,怎样估计DCDC功率
3 配合超级电容应用的DCDC怎样确定电气参数?
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