第四代丰田普锐斯DCDC的结构及磁件
Power Control Unit
第四代丰田普锐斯动力系统如图1所示。在Power Control Unit部分由Boost Converter，Inverter和DCDC Converter构成。Battery Pack额定电压为200V，Auxiliary Battery额定电压14V。
图1 Prius IV混合动力系统
PCU的位置位于驱动桥上方，所以对PCU的体积、重量和损耗的要求也比较高。
图2 Prius IV混合动力系统
PCU的爆炸图如下图所示，Inverter的IGBT的散热方式有点特别，DCDC的结构后边再详细说。
图3 PCU爆炸图
2. DCDC Converter
Prius IV的DCDC没有采用全桥拓扑，而是用的双管正激变换器。双管正激的拓扑结构如图所示。它每个开关的电压应力等于输入电压 , 是单管正激 的一半左右 , 适用于高压输入场合。双管正激变换器是利用输入电压给变压器进行复位，结构上也非常简单。但是这种双管正激变换器也有它的缺点，就是占空比小于50%，因为磁复位需要满足Vin(1-D)≥VinD。
图4 传统的双管正激变换器
那么占空比大于50%的正激变换器是不是就真的不能实现？在双管正激变换器中加入RCD钳位电路，如图5所示。
图5 含RCD钳位的双管正激变换器
当S1和S2关断后，励磁电流仍然通过D1、D2续流，但是复位电压不再是Vin，而是Vin+Vc，那么变压器伏秒平衡的条件就发生变化了。
在上式中，若Vc>0，则Dmax>0.5就成为可能了。
3. Magnetic Components
DCDC的实物图如下图所示。
移开DCDC控制板，功率器件布局如下。
磁性器件的结构图如下。这个Coil的制作是比较复杂的，需要同时配装三个磁件以及半导体器件；其好处是减小体积，减小重量。
图6 磁件结构图
丰田公司的数据可供参考：
Compare with the previous DCDC
The volume was reduced by 40%
The weight was reduced by 58%
有意思的是整个DCDC的功率约为1700W，没有选取全桥而是用了正激，而且没有用同步整流。可能价格与性能的平衡也是产品设计一个很重要的因素吧。
以上部分材料及图片（图1、图2、图3、图6）来自SAE的“The New Generation Front Wheel Drive Hybrid System”。实物图来自网络图片加以注释。
Reference
The New Generation Front Wheel Drive Hybrid System
高频变压器铜箔绕组厚度选择
这是丰田普锐斯中DCDC中的变压器，副边采用的是铜箔绕组。随着变换器对功率密度越来越高的要求，高频变压器大电流侧的绕组通常会选择铜箔绕组，因为铜箔在窗口填充率、散热和损耗方面都有较大优势。铜箔绕组的宽度受制于磁芯窗口，考虑安装公差比较容易确定；那么铜箔绕组的厚度选择有没有讲究？
其实铜箔绕组厚度的优化设计是基于铜损，即寻找一个铜箔绕组厚度使得铜损最小。可能凭主观臆断会觉得铜箔越厚，等效电阻越小，铜损越小。当然，如果电流是直流量这个结论没什么问题，但是考虑绕组的高频效应，这个结论就有待商榷了。下面就基于Maxwell方程组，从数学的角度讨论一下铜箔绕组厚度与铜损之间的关系。
由Maxwell微分方程组可以得到关于磁场强度H的微分方程，这个变换中涉及旋度、散度，推导起来比较麻烦，读研的时候推过一次，结论没有问题。
微分方程加上边界条件即可得到关于磁场强度H的函数关系，积分即为绕组损耗。
在MathCAD中用图像把上述函数关系表达出来，会更直观的显示铜损与铜箔导体厚度的关系。
从上图中可以看出，确实存在一个铜箔导体厚度，使得铜损最小。这个理论值就是 D=(π/2)*δ，其中δ是集肤深度。所以考虑导体的高频效应，并非铜箔导体越厚，损耗越小。
以上是关于铜箔导体厚度优化设计，其实圆导线和Liz线的优化设计原理与之相同，略有差异的是需要用Dowell变换将圆导线或者Liz线等效成铜箔导体，如下图所示。
进行Dowell变换之后，即可得到线径与铜损的关系，从而确定最合适的线径，也可以计算最小损耗。需要说明的是这个损耗值并不十分准确，因为Dowell变换中有很多假设条件，并非所有的假设条件都可以满足。但是绝对值的不精确并非意味着相对值也没有意义，铜损随铜箔厚度变换的趋势仍然是铜箔厚度优化设计的有力依据
来源：电力电子技术与新能源
