1.什么是DC\DC转换器? 2.DC\DC电动汽车中转换器的位置(结构和功能) 3.DC\DC转换器的结构组成 4.DC\DC转换器硬件工作原理
DC/DC变换器将一个直流电压值的电能转换为另一个直流电压值的电能装置。 DC/DC变换器。系统主要由三部分组成, 功率模块, 驱动模块和控制模块。 作为电动汽动力系统的重要组成部分, 它的一个重要功能是动力转向系统, 空调等辅助设备提供所需的电力。 供电车载电气, DCDC千动力电池组的电能, 为汽车低压车载电器供电。 工程师选型DC-DC转换器的功率取决于汽车的特性, 比如最高速, 加速100公里, 重量, 最大扭矩和功率状态(峰值功率, 持续功率等)。 从电动汽车到燃料电池汽车, DC-DC变换器都扮演着重要的角色, 由于燃料电池电堆输出电压不稳定, 通过DC/DC变换器闭环控制可以对其进行升压和稳压, 然后提供电机驱动器。 根据DC/DC变换器在燃料电池电动汽车中的作用及运行的特殊要求, DC/DC变换器必须满 以下要求: (1)变换器是能量传递部件, 因此,需要满足转换效率高的要求, 提高能源利用率。 (2)燃料电池输出响应缓慢, 因此,变换器需要具有良好的动态调节能力。 (3)为提高汽车功率密度比, 汽车零部件体积小, 重量轻, 提高燃料电池电动汽车的运输能力, 使其更具实用价值。 因而DC/DC变换器应满足体积小, 重量轻的要求。
图为简单的电动汽车系统架构
由传动系统和能量存储系统组成的电动汽车系统。动力电池模块(通常乘用车是400V锂离子化学电池由电池管理系统组成(Battery Management System,BMS)通过车载充电机模块进行管理和监控(AC\DC交流电压范围为110V单相系统为380V三相系统。动力电池模块通过双向DC\DC变换器和DC\AC逆变器驱动电机,用于再生制动,将回收能量存储在动力电池中。同时,为了将动力电池的高压转化为车载电子设备和电池充电的13.8V电源需要降压型DC\DC变换器模块。
图为变换器系统的主电路拓扑及其控制结构。输入级由Q1、Q2、Q3、Q全桥电路和高频变压器由44个开关管组成Tr输出级由同步整流管组成SR5、SR输出滤波电感L1、L输出滤波电容器C0构成。当整个桥的对角开关管导通时,能量从变压器的初级传递到次级。在死区时间内,通过原边开关管的寄生电容和变压器的漏感的串联谐振来实现开关管的ZVS。以下结构的同步整流管采用外部激励驱动。当能量从变压器原侧传输到副侧时,同步整流器SR5和SR6仍然导通,避免了反二极管同步整流管的换流导通,从而进一步减少了整流的导通损失。
简单来说,ZVS是零电压开关,英文全称为:Zero Voltage Switch PWM开关电源按硬开关模式工作(开关/关闭过程中电压下降/上升与电流上升/下降波形重叠),因此开关损耗大。虽然高频可以减轻体积和重量,但开关损耗更大。 因此,必须研究开关电压/电流波形不交叠的技术,即所谓零电压开关(ZVS)/零电流开关(ZCS)小功率软开关的电源效率可以提高到80%~85%。 谐振开关电源在20世纪70年代奠定了软开关技术的基础。随后,新的软开关技术不断涌现,如准谐振(20世纪80年代中期)全桥移相ZVS-PWM,恒频ZVS-PWM/ZCS-PWM(80年代末)ZVS-PWM有源嵌位;ZVT-PWM/ZCT-PWM全桥移相(20世纪90年代初)ZV-ZCS-PWM等等。 我国已将最新软开关技术应用于6kW在通信电源中,效率达到93%。
基本图表PWM全桥变换器电路拓扑及主波形。Vin输入侧直流母线电压为四个电源开关管Q1-Q主变压器由4组成Tr原副边绕组匝数比为N,D5和D6构成输出整流电路,L输出滤波电感和电容分别为CR。
交流方波电压通过控制整个桥梁四个功率开关的导通和截止日期获得Vab,其幅值为Vin。Vab交流方波电压也通过高频变压器传输到副边,振幅为Vin/N。交流方波再次通过D5和D6整流桥整流后,得到一个幅值Vin/N直流方波电压Vrect。最后,Vrect经L和C组成的滤波网过滤掉高频分量,获得直流输出电压Vo,其幅值大小为D*Vin/N,其中D=Ton/(Ts/2)占空比,Ton两个斜对角开关管同时导通时间,Ts是开关周期。输出电压Vo通过调整占空比D来实现幅值。