zvs与逆变器

汽车DC/DC各高压端子的定义？



汽车DC/DC简单介绍

1周前作者：小幽余生不加糖分类： 博客文章阅读(9)原文

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1.什么是DCDC转换器?

2.DCDC转换器在电动汽车中的位置（结构和功能）

3.DCDC转换器的结构组成

4.DCDC转换器的硬件工作原理

一．什么是DCDC转换器？

DC/DC变换器将一个直流电压值的电能变换为另一个直流电压值的电能装置。 DC/DC变换器。系统主要由三个部分组成， 功率模块， 驱动模块和控制模块部分。 作为电动汽动力系统中重要的一部分， 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要的电力。 给车载电气供电， DCDC的电能来自千动力电池包， 给汽车低电压车载用电器供电。

在工程师选型DC-DC转换器的功率是由汽车的特性决定的， 比如最高速， 百公里加速， 重量， 最大扭矩和功率状况（峰值功率， 持续功率等）。

从电动汽车到燃料电池汽车， DC-DC变换器都扮演着身份重要的角色， 由于燃料电池电堆输出电压不稳， 通过DC/DC变换器闭环控制可以对其进行升压和稳压， 然后供给电机驱动器。

根据DC/DC变换器在燃料电池电动汽车中的作用以及运行的特殊要求， DC/DC变换器必须满

足以下要求：

(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， 以便提高能源利用率。

(2)由予燃料电池输出响应较慢， 故需要变换器具有良好的动态调节能力。

(3)为了提高汽车功率密度比， 需要汽车部件体积小， 重量轻， 以提高燃料电池电动汽车的运输能力， 使其更有实用价值。 因而DC/DC变换器要满足体积小， 重量轻的要求。

二．DCDC转换器在电动汽车中的位置（结构和功能）

图示为简单的电动汽车系统架构

在这里插入描述

电动汽车系统由不同模块构成，这些模块为传动系统和能量存储系统。动力电池模块（通常乘用车是400V范围内的锂离子化学电池）由电池管理系统（Battery Management System，BMS）进行管理和监测，并通过一个车载充电机模块（ACDC变换器）进行充电，交流电压范围是从110V的单相系统到380V的三相系统。动力电池模块通过一个双向的DCDC变换器和DCAC逆变器来驱动电机，同时用于再生制动，将回收的能量存入动力电池。同时，为了将动力电池的高压转化为可供车载电子设备使用和给蓄电池充电的13.8V电源，需要一个降压型DCDC变换器模块。

三．DCDC转换器的结构组成

图所示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、Q4四个开关管组成的全桥电路和高频变压器Tr构成，输出级由同步整流管SR5、SR6和输出滤波电感L1、L2以及输出滤波电容C0构成。全桥电路向变压器一次侧输出的是准方波，当全桥的对角开关管导通时能量由变压器的初级传向次级。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。如下结构的同步整流管采用外激式驱动，在没有能量从变压器原边传输至副边时，同步整流器SR5和SR6仍然导通，避免了同步整流管的反并二极管的换流导通，从而进一步降低整流的导通损耗。

在这里插入描述

扩展：什么是ZVS？

简单来说，ZVS就是零电压开关,英文全称是：Zero Voltage Switch

PWM开关电源按硬开关模式工作(开/关过程中电压下降/上升和电流上升/下降波形有交叠)，因而开关损耗大。高频化虽可以缩小体积重量，但开关损耗却更大了。

为此，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)技术，或称软开关技术，小功率软开关电源效率可提高到80%~85%。

20世纪70年代谐振开关电源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)全桥移相ZVS-PWM，恒频ZVS-PWM/ZCS-PWM(上世纪80年代末)ZVS-PWM有源嵌位；ZVT-PWM/ZCT-PWM(20世纪90年代初)全桥移相ZV-ZCS-PWM(20世纪90年代中)等。

我国已将最新软开关技术应用于6kW通信电源中，效率达93％。文章来源站点https://www.yii666.com/

四．DCDC转换器的硬件工作原理

图示为基本的PWM全桥变换器电路拓扑和主要波形。其中，Vin是输入侧直流母线电压，全桥由四只功率开关管Q1-Q4构成，主变压器Tr的原副边绕组匝数比为N，D5和D6构成输出整流电路，L和C分别为输出滤波电感和电容，负载为R。

在这里插入描述文章来源地址https://www.yii666.com/blog/377050.html

通过控制全桥的四只功率开关的导通和截止，在变压器的原边得到一个交流方波电压Vab，其幅值为Vin。Vab通过高频变压器传输至副边，同样得到一个交流方波电压，其幅值为Vin/N。这个交流方波再经过D5和D6构成的整流桥整流之后，得到一个幅值为Vin/N的直流方波电压Vrect。最后，Vrect经L和C组成的滤波网络滤去其中的高频分量，得到一个平直的直流输出电压Vo，其幅值大小为D*Vin/N，其中D=Ton/(Ts/2)是占空比，Ton是斜对角的两只开关管的同时导通时间，Ts是开关周期。输出电压Vo的幅值通过调节占空比D来实现。

开关电源原理是什么?

开关电源是一种高效电能转换装置，广泛应用于笔记本电源、手机充电器、应急灯、声压计等设备中。其核心原理在于利用半导体的开关特性，通过高频转换，将输入电压转换为用户所需的电压或电流。不同于线性电源，开关电源具有低能耗、产热少的优点，通过调整半导体的通断时间来实现稳压功能。其高转换效率、小尺寸与轻重量使得在节省能源和自然资源方面表现突出。

开关电源的基本工作原理基于磁场或电场能量之间的转换。通过电感和电容的特性，实现升压或降压功能。例如，单电池LED手电就是一个简单实例。此外，ZVS（零电压开关）谐振开关的仿真也是其应用之一。逆变器作为将直流电转换为交流电的器件，同样属于开关电源范畴。

LTspice是一款强大的电路仿真软件，能够帮助用户快速了解和验证开关电源设计。通过下载模型库，用户可以使用LTspice进行电路仿真，如简单的三极管低压ZVS、12V供电3000V输出等。这些实例为用户提供了实际操作和学习的平台。

氮化镓开关电源充电器是近年来技术发展的一个亮点，它不仅提供了更高的功率密度，还通过提高开关频率减少了发热，提升了效率。尽管氮化镓功率器件在成本、可靠性等方面仍面临挑战，但其高频率特性使得在电源设计中可以实现更小的尺寸和更高的性能。例如，使用氮化镓功率IC的充电器已经实现300瓦的输出功率，同时保持了小尺寸，适用于游戏笔记本、OLED电视等设备的电源转换。

氮化镓与传统硅功率器件相比，在高频下具有更高的效率，但其在低频下的优势有限。氮化镓功率IC的广泛应用需要IC厂家提供灵活的推销战略，以克服市场上的价格敏感性。氮化镓功率器件在开关电源领域的应用还面临可靠性问题，需要专业的IC厂家提供驱动和控制电路设计。此外，碳化硅功率器件也是氮化镓的有力竞争对手。

总结而言，开关电源的原理基于半导体的开关特性、高频转换和能量转换，通过优化设计实现高效、节能和小型化的电源转换。随着技术的发展，包括氮化镓在内的新型功率器件在开关电源中的应用将进一步提升性能和效率，为用户提供更优质、更环保的电源解决方案。

典型的双向全桥dc-dc变换电路2种控制方式有何区别?

在探讨典型的双向全桥直流-直流变换电路的两种控制方式时，关键在于理解每种方法的原理和特性。控制方法的差异对电路的性能有着直接影响。

第一种控制方式采用两套控制系统，整流器执行电压源型变换（VSR），逆变器则执行电压源型逆变（VSI）。这使得控制逻辑更为复杂，但优势在于能够通过在DQ变换后为Q轴设定0的参考值来精确控制功率因数。这种控制方式下，占空比会发生变化，但其调压范围受限，因为变压器只能实现升压和隔离功能，而交流侧电压的幅度不能超过直流侧电压。因此，交流侧电压需要通过LC滤波接近正弦波形。

第二种控制方式则采用传统双相移控制的双主动/半桥结构，其设计相对简化，仅需采样输出电压，占空比固定为50%。通过DSP对副边进行脉宽调制（EPWM）时设置相移延迟，便能实现电流波形的生成。然而，电流波形并非正弦波。

在变压器的设计与应用中，不仅要考虑升降压和隔离功能，还需考虑利用漏感进行储能。理论上，当原副边的折算变比接近1时，电路能实现零电压开关（ZVS）和零电流开关（ZCS）。然而，实际操作中，由于死区效应的存在，输出电压并不能精确为零。为了改善性能，可以通过调整设计参数、引入电容形成LLC拓扑结构，或采用更先进的控制策略如双相移控制。

此外，值得注意的是，传统的双主动/半桥控制方式还存在交流电流零漂和死区极性反转的问题。深入研究这些现象，有助于优化电路设计，提高变换效率和稳定性。

技术小科普：一文读懂MOSFET与IGBT的区别

技术小科普：深入解析MOSFET与IGBT的差异

MOSFET和IGBT在内部结构上的不同，决定了它们各自独特的应用领域和性能特点。MOSFET虽然可处理大电流，但其耐压能力不如IGBT。IGBT则适用于大功率应用，尽管频率方面不如MOSFET，但其在焊机、逆变器等领域表现出色。

MOSFET常用于高频电源设备，如开关电源和高频感应加热，而IGBT则广泛应用于需要大电流和电压的领域，如电镀电解电源和超音频感应加热。选择这两种器件时，需考虑其在特定应用中的开关损耗，如导通损耗、传导损耗和关断损耗。

导通损耗方面，IGBT的延迟导通时间可能导致电压拖尾和类饱和效应，而MOSFET则依赖于二极管恢复特性。设计中，通过选择合适的栅极驱动阻抗，如软恢复二极管，可以优化Eon损耗。在传导损耗方面，尽管IGBT在某些情况下表现优于MOSFET，但在特定工作模式下，MOSFET的损耗可能更高。

至于关断损耗，MOSFET在硬开关中表现更优，而IGBT的拖尾电流问题在钳位感性电路中更为显著。ZVS和ZCS拓扑有助于降低损耗，但IGBT的ZVS优势不如MOSFET明显。

总结来说，选择MOSFET还是IGBT，取决于具体的应用需求和设计要求。没有绝对的好坏之分，关键在于理解它们各自的特性，以便在实际电路设计中找到最佳匹配。

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