車,配上邊上靠著的美女,變成了香車,讓人“來電”,不論是燃油車時代還是新能源,電到你,是車企永遠不變的主題。
在新能源汽車和智能電網的應用中,不單是從電網到新能源汽車的能量轉換,也往往都會需要從汽車到電網的能量傳輸(V2G),此外就是在混能中的充放電轉換。而在能量轉換的過程中,擔當重要角色的DC-DC轉換器就成了充電接口和電池的主要模塊。
DC-DC 轉換器,作為電動汽動力系統中很重要的一部分,它的一類重要作用是為動力轉向系統,空調以及其他輔助設備提供所需的電力。另一類,是出現在復合電源系統中,與超級電容串聯,起到調節電源輸出,穩定母線電壓的作用。
電動汽車的內部電氣系統模塊圖
今天的主題圍繞DCDC的分類和工作原理展開~
1、DCDC——“隔離與非隔離”
提到DCDC,首當其沖,我們要說說隔離和非隔離。
這里的隔離,不是居家隔離,而是電氣隔離。
電氣隔離,就是將電源與用電回路作電氣上的隔離,即將用電的分支電路與整個電氣系統隔離,使之成為一個在電氣上被隔離的、獨立的不接地安全系統,以防止在裸露導體故障帶電情況下發生間接觸電危險。實現電氣隔離以后,兩個電路之間沒有電氣上的直接聯系。即,兩個電路之間是相互絕緣的。同時還要保證兩個電路維持能量傳輸的關系。電氣隔離的作用主要是減少兩個不同的電路之間的相互干擾,降低噪聲。
非隔離雙向DCDC,結構比較簡單,每個部件都是直接相連,沒有額外的能量損失,工作效率比較髙。對升壓側的電容要求比較高。主要的非隔離DCDC電路結構有雙向半橋boost-buck電路,雙向buck-boost電路,雙向buck電路,雙向Zate-Sepic電路,如下圖所示。
隔離型雙向DCDC,在非隔離型雙向DCDC轉換器的基礎上加上一個高頻變壓器就構成了隔離型雙向DCDC轉換器,高頻變壓器兩側的電路拓撲可以是全橋式、半橋式、推挽式等等。這幾種隔離型的雙向DCDC轉換器,采用了更多的功率開關,電壓變比大,帶電氣隔離等優點。但是這類DCDC轉換器結構復雜,成本也相對較高,轉換器的損耗高,低頻時會導致隔離變壓器鐵芯飽和,損耗會進一步增加。因此,非隔離型雙向DCDC轉換器比隔離型在電動汽車上運用更具有優勢。
2、DCDC ——“系統三部分”
主電路
又叫做功率模塊,是整個DCDC的主體。一個典型的全橋型 DCDC 變換器主電路拓撲如下圖所示。
驅動模塊
對于控制芯片輸出的四路 PWM 驅動信號來說,并不能直接驅動四個功率開關管。所以,一般來說,開關電源是需要配套一個驅動電路來驅動功率開關管。驅動電路主要有以下三種:
1、直接耦合型:控制芯片的每一路輸出 PWM 驅動信號經過由兩個三極管組成的放大電路來驅動功率開關管。此種方法無法實現控制部分與主電路的隔離。
2、脈沖變壓器耦合型驅動電路:此電路是在直接耦合型的基礎上加上了一個脈沖變壓器,實現了控制電路與主電路的隔離。但是這種結構的缺點是,涉及到變壓器的設計、制作等方面,比較復雜。