电动汽车DC-DC转换器测试

车，配上边上靠着的美女，变成了香车，让人“来电”，不论是燃油车时代还是新能源，电到你，是车企永远不变的主题。 

在新能源汽车和智能电网的应用中，不单是从电网到新能源汽车的能量转换，也往往都会需要从汽车到电网的能量传输（V2G），此外就是在混能中的充放电转换。而在能量转换的过程中，担当重要角色的DC-DC转换器就成了充电接口和电池的主要模块。

DC-DC 转换器，作为电动汽动力系统中很重要的一部分，它的一类重要作用是为动力转向系统，空调以及其他辅助设备提供所需的电力。另一类，是出现在复合电源系统中，与超级电容串联，起到调节电源输出，稳定母线电压的作用。

电动汽车的内部电气系统模块图

今天的主题围绕DCDC的分类和工作原理展开~

01

 DCDC——“隔离与非隔离” 

提到DCDC，首当其冲，我们要说说隔离和非隔离。

这里的隔离，不是居家隔离，而是电气隔离。

电气隔离，就是将电源与用电回路作电气上的隔离，即将用电的分支电路与整个电气系统隔离，使之成为一个在电气上被隔离的、独立的不接地安全系统，以防止在**导体故障带电情况下发生间接触电危险。实现电气隔离以后，两个电路之间没有电气上的直接联系。即，两个电路之间是相互绝缘的。同时还要保证两个电路维持能量传输的关系。电气隔离的作用主要是减少两个不同的电路之间的相互干扰，降低噪声。

非隔离双向DCDC，结构比较简单，每个部件都是直接相连，没有额外的能量损失，工作效率比较髙。对升压侧的电容要求比较高。主要的非隔离DCDC电路结构有双向半桥boost-buck电路，双向buck-boost电路，双向buck电路，双向Zate-Sepic电路，如下图所示。

隔离型双向DCDC，在非隔离型双向DCDC转换器的基础上加上一个高频变压器就构成了隔离型双向DCDC转换器，高频变压器两侧的电路拓扑可以是全桥式、半桥式、推挽式等等。这几种隔离型的双向DCDC转换器，采用了更多的功率开关，电压变比大，带电气隔离等优点。但是这类DCDC转换器结构复杂，成本也相对较高，转换器的损耗高，低频时会导致隔离变压器铁芯饱和，损耗会进一步增加。因此，非隔离型双向DCDC转换器比隔离型在电动汽车上运用更具有优势。

02

DCDC ——“系统三部分”

主电路

又叫做功率模块，是整个DCDC的主体。一个典型的全桥型 DCDC 变换器主电路拓扑如下图所示。

驱动模块

对于控制芯片输出的四路 PWM 驱动信号来说，并不能直接驱动四个功率开关管。所以，一般来说，开关电源是需要配套一个驱动电路来驱动功率开关管。驱动电路主要有以下三种：

1、直接耦合型：控制芯片的每一路输出 PWM 驱动信号经过由两个三极管组成的放大电路来驱动功率开关管。此种方法无法实现控制部分与主电路的隔离。

2、脉冲变压器耦合型驱动电路：此电路是在直接耦合型的基础上加上了一个脉冲变压器，实现了控制电路与主电路的隔离。但是这种结构的缺点是，涉及到变压器的设计、制作等方面，比较复杂。

3、驱动芯片的驱动电路：为了更加方便地来驱动功率开关管，很多公司研制出驱动芯片，驱动芯片可以输出较大的功率，驱动开关管，而且随着芯片的小型化发展，现在的驱动芯片体积非常小，有各种封装形式。利用驱动芯片对功率开关管驱动，这种方法比较简单，但是控制电路与主电路仍然没有实现隔离。

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，平均电流控制模式。

1、电压控制模式：属于电压反馈，利用输出电压进行校正，是单环反馈模式，输出电压采样与输入基准电压比较，得到的输出信号与一锯齿波电压比较，输出 PWM波信号。电压控制模式设计以和运用都比较简单，但是电压控制模式没有对输出电流进行控制，有一定的误差存在，并且输出电压先经过电感以及电容的滤波，使得动态响应比较差。

2、峰值电流控制模式：峰值电流控制模式与电压控制模式的区别在于，峰值电流控制模式中，把电压控制模式的那一路锯齿波形，转换成了电感的瞬时电流与一个小锯齿波的叠加。但是电感的瞬时电流并不能表示平均电流的情况。

3、平均电流控制模式：属于双环控制方式，电压环的输出信号作为基准电流与电感电流的反馈信号比较。设置误差放大器，可以平均化输入电流的一些高频分量，输出的经过平均化处理的电流，再与芯片产生的锯齿波进行比较，输出合适的 PWM 波形。

相比三种控制方式，平均电流的控制方式不限制占空比，对输出电压和电感电流均进行反馈，有比较好的控制效果。采用平均电流控制方式进行反馈电路的设计时，把电流环是看作电压环的一部分。

03

DCDC——“软开关和硬开关”

DCDC中的硬开关与软开关有何区别？

硬开关是不管开关管(DS极或CE极)上的电压或电流，强行turn on或turn off开关管。当开关管上(DS极或CE极)电压及电流较大时开关管动作，由于开关管状态间的切换(由开到关，或由关到开)需要一定的时间，这会造成在开关管状态间切换的某一段时间内电压和电流会有一个交越区域，这个交越造成的开关管损耗称为开关管的切换损耗。

软开关是指通过检测开关管电流或其他技术，做到当开关管两端电压或流过开关管电流为零时才导通或关断开关管，这样开关管就不会存在切换损耗。

一般来说软开关的效率较高(因为没有切换损)；操作频率较高，PFC或变压器体积可以减少，所以体积可以做的更小。但成本也相对较高，设计较复杂。

04

DCDC---双向测试电源

工程师面对双向高低压转换的测试要求，一般都采用电源负载分开测试的方法。这个方法优点在于成本低和布置简单，不过牺牲了所占用的测试空间和没法模拟电池在电流正负极的动态切换特性。

这里就要说到的双向电源—在车载双向DC-DC测试中，双向电源提供多款不同电压电流规格的电源，可覆盖48V混动系统或高压纯电系统的应用。低压侧的双向电源可进行低电压的输入输出，连接被测品后，在高压侧的双向电源可进行高压的输入输出。形成一个电流可双向流动的测试系统。配合PSB功率大、体积小和作为负载时电能可回馈电网的特性，整个测试搭建兼具节约空间与能源回收的两项巨大优势。

说明：本文来源网络；文中观点仅供分享交流，不代表本***立场，转载请注明出处，如涉及版权等问题，请您告知，我们将及时处理。