dcdc转换器工作原理（DCDC转换器作用与工作原理）

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DCDC转换是将动力电池组的高电压转换成恒定的12V或14V或24V低电压的装置，既能给整车的电器供电，又能给辅助电池充电。纯电动汽车中DCDC变换器的作用相当于传统燃油汽车中的发电机和调节器。

DCDC转换器的作用

向车辆提供电力的DC/DC转换器，以及DCDC在电动车辆电气系统中的位置。它的电能来自动力电池组，目的地是给车载电器供电。作为电蒸汽动力系统的重要组成部分，它的重要作用是为动力转向系统、空调等辅助设备提供所需的动力。另一种，出现在复合供电系统中，与超级电容串联，起到调节功率输出和稳定母线电压的作用。

DCDC系统的组成和工作原理

DCDC体系的三个组成部分

主电路

也叫动力舱，是整个DCDC的主体。典型全桥DCDC变换器的主电路拓扑如下图所示。

在上图中，Vin是输入电压，需要通过DCDC环路才能在输出端获得所需的输出电压。原边开关电路将输入电流调制成矩形波。这个过程主要是依靠控制器对特定占空比的PWM波进行调制，用来驱动四个开关管按照既定的顺序和时间进行开关，从而实现电流的逆变过程。原来的输入电压可以通过占空比来调节，占空比增大时输出电压也会增大，占空比减小时输出电压会减小。可以通过调整开关频率来调整频率。T1位变压器，变比比你高。变压器不仅可以实现电气隔离，还可以起到调压的作用。初级线圈的固定匝数和次级线圈匝数的变化可以获得不同的电压电平。变压器的输入是左全桥电路逆变得到的脉冲矩形波，传输到变压器的二次侧，得到另一种电压幅值的交流正弦波。经过DR1和DR2整流，然后通过Cf和Rl滤波，获得直流电流并提供给输出端。

驱动模块

对于控制芯片输出的四路PWM驱动信号，不能直接驱动四个功率开关。所以一般来说，开关电源需要一个驱动电路来驱动功率开关管。驱动电路有很多种，主要由以下三种：组成

直耦式：控制芯片的每路输出PWM驱动信号通过两个三极管组成的放大电路驱动功率开关管。这种方法无法将控制部分与主电路隔离。

脉冲变压器耦合驱动电路：该电路是在直接耦合式的基础上加了一个脉冲变压器，实现了控制电路与主电路的隔离。然而，这种结构的缺点是它涉及变压器的设计和制造，这是复杂的。

驱动芯片的驱动电路：为了更方便的驱动电源开关，很多公司都开发了驱动芯片，可以输出更大的功率，驱动开关。随着芯片的小型化，现在的驱动芯片尺寸都很小，封装形式也多种多样。利用驱动芯片驱动功率开关管是一种简单的方法，但控制电路仍然没有与主电路隔离。

控制模块

主电路的反馈主要有三种控制模式：电压控制模式、峰值电流控制模式和平均电流控制模式。

电压控制模式：属于电压反馈，利用输出电压进行校正。这是一种单环路反馈模式。对输出电压进行采样并与输入参考电压进行比较，将获得的输出信号与锯齿波电压进行比较，并输出PWM波信号。电压控制模式的设计和应用相对简单，但电压控制模式不控制输出电流，存在一定误差。而且输出电压先经过电感电容滤波，使得动态响应变差。

峰值电流控制模式：峰值电流控制模式和电压的区别

平均电流控制模式：属于双环控制模式，电压环的输出信号与电感电流的反馈信号相比较作为参考电流。设置误差放大器可以对输入电流的一些高频成分进行平均，输出的平均电流会与芯片产生的锯齿波进行比较，输出合适的PWM波形。

因此，需要对电流和电容电压这两个变量进行PID调节。典型的控制过程如下图所示。控制模块由两个PID控制器组成，即电压控制外环和电流控制内环。如果在流程图中给定一个参考电压，并设计合理的参数，可以很快达到控制系统的目的。

三种控制方式相比，平均电流控制方式不限制占空比，反馈输出电压和电感电流，控制效果更好。用平均电流控制法设计反馈电路时，电流环被视为电压环的一部分。

软开关和硬开关

DC的硬切换和软切换有什么区别？

硬开关和软开关用于开关电子管。

硬开关是不管开关管(DS极或CE极)上的电压或电流如何，都强行导通或关断开关管。当开关管(DS极或CE极)上的电压和电流较高时，开关管就会动作。因为开关管的状态切换(从导通到关断，或者从关断到导通)需要一定的时间，所以在一定的时间内电压和电流之间会有一个交叉区域。这种交叉引起的开关损耗称为开关管的开关损耗。软开关是指通过检测开关管的电流或其他技术，在开关管两端电压或流过开关管的电流为零时，开关管导通或关断，这样就不会有开关管的开关损耗。一般

进一步的，软开关包括三种控制方式：双极性控制，有限双极性控制，移相全桥控制，得到的矩形波波形如下图所示。

Q1 和 Q3 为超前桥臂上的开关管，属于同一桥臂，而 Q1 和 Q4 为对角的开关管，分别属于两个桥臂。第一种控制方式为硬开关，第二和第三种均可以实现软开关，但是第三种的控制方式较灵活，比较容易实现。

由于对功率密度越来越高的要求，可以通过提高频率来提高功率性能的软开关类DCDC是当前研究的主要方向。软开关包括3种主要控制方式：ZVS 移相全桥变换， ZCS 移相全桥变换，ZVZCS移相全桥变换。

2 给车载用电器供电，怎样估计DCDC功率

每一个用电设备都有自身工作的额定电压和额定电流，如果电动汽车中的用电设备经常处于非额定状态下工作的话，会大大降低电能转换效率，寿命受损甚至会导致设备损坏。因此，DCDC的规格与所在系统的需求相匹配，才能更好的发挥功能。一般的选型思路不是直接将全部电气功率加在一起，因为他们可能并不是全部同时工作的。

根据纯电动汽车车载电子设备的不同属性，能把用电设备分为长期用电、连续用电、短时间间歇用电和附加用电设备种类型，并赋于不同的权值。其中，长期用电设备包括组合仪表和蓄电池，权值取1；连续用电设备包括雨刮、电机、音响系统和仪表照明等设备，权值可取0.5；短时间间歇用电设备包括电喇机、各类信号灯、控制器等设备，权值可取0.1；附加用电设备电动真空泵、电动水泵和电动转向，权值根据实际情况分别取0.1、1、0.3。各类设备所消耗功率分析如表所示。

3 配合超级电容应用的DCDC怎样确定电气参数？

在复合电源系统中，超级电容一般都被定义成应对大功率的部分，放电过程，针对工况峰值，提供均值以上的部分；制动能量回收过程，承担全部或者绝大部分回收电流的吸纳。面对冲击功率，DCDC在两个方面的要求比较高。一个是反应速度，电池与超级电容并联的电源回路中，制动能量从电机产生，通过母线向电源传递。如果DCDC的反应不够灵敏，接通时间较长，则涌来的能量被DCDC隔离在超级电容以外，得不到吸纳，只能由电池吸纳，过大的功率会给电池带来永久性的损伤。DCDC的另一个要求就是能够承受瞬时大功率的冲击，串联在电容回路的DCDC，需要经常面对冲击功率的工作状态。因此，选择与超级电容串联在统一支路的DCDC，最重要的参数就是功率范围，工作电压和动作时间。

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