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電動汽車DCDC變換器應用

來源: 發布時間:2021-10-18 10:06:04 373 次瀏覽

DCDC變換器作為電動汽車動力系統中很重要的一部分,它的一類重要功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。

DCDC在電動汽車電氣系統中給車載電氣供電,它的電能來自于動力電池包,去處是給車載用電器供電。

DCDC分類和工作原理

1、隔離型和非隔離型

什么是電氣隔離?

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。
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。

DCDC系統三個組成分

1、主電路

又叫做功率模塊,是整個DCDC的主體。

2、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。驅動電路種類很多,主要由以下三種:

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。
 

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。

驅動芯片的驅動電路:為了更加方便地來驅動功率開關管,很多公司研制出驅動芯片,驅動芯片可以輸出較大的功率,驅動開關管,而且隨著芯片的小型化發展,現在的驅動芯片體積非常小,有各種封裝形式。利用驅動芯片對功率開關管驅動,這種方法比較簡單,但是控制電路與主電路仍然沒有實現隔離。

3、控制模塊

主電路的反饋主要有三種控制模式:電壓控制模式,峰值電流控制模式,平均電流控制模式。

電壓控制模式:屬于電壓反饋,利用輸出電壓進行校正,是單環反饋模式,輸出電壓采樣與輸入基準電壓比較,得到的輸出信號與一鋸齒波電壓比較,輸出 PWM波信號。電壓控制模式設計以和運用都比較簡單,但是電壓控制模式沒有對輸出電流進行控制,有一定的誤差存在,并且輸出電壓先經過電感以及電容的濾波,使得動態響應比較差。

峰值電流控制模式:峰值電流控制模式與電壓控制模式的區別在于,峰值電流控制模式中,把電壓控制模式的那一路鋸齒波形,轉換成了電感的瞬時電流與一個小鋸齒波的疊加。但是電感的瞬時電流并不能表示平均電流的情況。

平均電流控制模式:屬于雙環控制方式,電壓環的輸出信號作為基準電流與電感電流的反饋信號比較。設置誤差放大器,可以平均化輸入電流的一些高頻分量,輸出的經過平均化處理的電流,再與芯片產生的鋸齒波進行比較,輸出合適的 PWM 波形。
相比三種控制方式,平均電流的控制方式不限制占空比,對輸出電壓和電感電流均進行反饋,有比較好的控制效果。采用平均電流控制方式進行反饋電路的設計時,把電流環是看作電壓環的一部分。
 

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