漫谈新能源产业下的电力电子技术之低压大电流系列
写在前面：大家好，我是天空，不定期的更新又来了！！！由于作者很懒，去年计划要把新能源的电源技术写完，一直拖到了现在，趁着现在还有些时间更新一下，后面也可能不会再进这些领域了。
免责声明：
（1）不涉及任何公司的核心机密和关键细节及完整参数。
（2）这里只进行技术论证和谈论，毕竟交流让人类进步。
（3）后面涉及到的很多专利都是公开的，所有人都可以查看和下载。
(4）如果哪条涉及贵司权益了，请及时跟作者联系，将在第一时间进行修改。
（5）为啥我来写？因为比我水平高的都不屑于写文章，比我水平低的又写不出来，在好山好水的深圳，我可能比较无聊吧，分享是一种快乐，也能让我沉淀细节，打算给这几年的青春一个交代，就当毕个业吧，社会打工大学/电源系/烙铁天字1班。（你也可以写，但是你不写。有意愿写的跟我联系，等你。）
（6）为什么要写当下热门行业的技术分析呢？不怕有人抄袭方案拓扑?
原因有5个：a、我们只讨论技术范畴，与产品差距甚远。b、如果你水平不行，抄袭别人的东西就是等死，连哪有坑都不知道，理解不了谁敢用，肯定是脑子有坑了，需要填多少钱多少时间进去啊。c、这些行业如今大部分已经三分天下，如果技术真的那么容易打破行业门槛就好了，是资本是资本是资本，重要的事情说三遍。市场你都拿不下，还想跟别人竞争，这就是个笑话。d、真正的产品本身并不止是技术那么简单的事情，更不止是拓扑这么简单的事情，想抄的大胆抄，如果高度不够又没有积累，那么欢迎随时送死，慢走不送。当然如果你技术水平和产品水平可以，可以提前完善技术积累，在以后的项目里借鉴，谁的研发都是需要时间的，我只是个领路的而已，而且我说的也不一定全是对的，还是要大家多多指点批评的。e、电源街的整体大环境未来不一定那么乐观，我希望能帮助大家提高相应的技能，给自己留一条活路，也同时希望大家能把眼光往国际层次放一放，中国的电源现在已经有了完整的产业链和廉价的制造成本，只是目前的产品质量和研发实力及国外的市场方面都是未来需要前进的方向，要时刻牢记我辈仍需努力啊。
以上文字后面会一直带着，直到写完这个系列，当然这期间偶尔心情好也会写点其他的，反正我是跟着心走的，或者跟着钱也行，或者实在不行就跟着人走了。
正文
作为一个跌跌撞撞爬过几年坑的人，也算有点经验，今天继续带大家刨坑电源界新能源市场的那些事儿。本来我想着一篇文章一个拓扑赏析，后来想想，为了方便读者的阅读习惯，我决定将这些个拓扑对比着写了，这样做的好处就是可以清晰明了的对比当下的一些技术，缺点就是一旦加入点评之后，就会不客观了。
下面便开始今天的DCDC学习：新能源产业——车载电源领域——低压大电流系列拓扑（注意这里我默认的是锂电的相关电源设备），在分析拓扑之前呢，我们先来看看设计的基本需求规格是什么样的呢？下面是乘用车的常见规格：
1、输入电压：200-420V
2、输出电压：14V
3、功率：2000W
4、输出最大电流：额定143A，冲击157A。
5、峰峰值纹波<300mV
拓扑选择上需要分析应用的难点在哪，然后开始定制电源的开发
1、输入电压范围宽（输入电压最大值是最小值的两倍还多）——>这里就对应着，是选择一级宽范围变换的拓扑还是选择两级级联的拓扑呢？拓扑的不同，除了性能上，还有成本上，这也是最重要的部分。
2、输出电流比较大，输出纹波要求小，动态响应有一定要求。——>这里就对应着，（1）输出电容的体积，发热，寿命，纹波能不能压下来（2）磁元件的尺寸。每个拓扑差在哪里，这个时候熟悉拓扑应该有个大致的比对，特别值得注意的是：真实的比对是建立在计算数据和仿真的基础上的，总有一些所谓经验丰富的工程师，不以科学的论证方法而过分相信自己的判断，其实有时候我也是这样的，当激 情辩论时，对于一些没有数据支撑的时候容易被玩套路的人欺负，所以要经常学习，准备好大量的仿真和数据计算，为了时刻保持有理有据做好准备。
3、电源模块的设计，追求高可靠性，高效率，超小体积，还要为资本加上一条超低成本的属性。——>高可靠性与超低成本本身就是一个矛盾的事情，对于很多小厂习惯性玩压榨，榨干干工程师，牺牲性能换超低成本，在车载设备上玩这一套，除了自取灭亡，还能是什么呢，这里不是烂大街的LED电源，不是电动自行车的充电器电源，这里是行车时使用的电源DCDC。
拓扑一：有源钳位正反激
拓扑二：Boost+LLC 或者LLC+BUCK
Boost+LLC系列是比较常见的拓扑，目前主流的单相电源都是采用Boost—PFC+LLC的架构，用在宽范围输入的场合，对于LLC的增益与动态性能具有很好的帮助。级联的拓扑成本、效率、体积都是一块硬伤，没错很多人会认为Boost效率很高，LLC软开关效率也很高，那么乘出来也就是94%的样子，远低于一级拓扑的效率，一级拓扑做的好的话可以超过96%。整体评估此方案为中规中矩的设计，可靠性有较大的提升，成本不低。
不得不提的是，Boost+LLC的模式中的LLC除了普通的LLC的设计，还有一种SRC-LLC，在低压大电流的设计上具有一定的优势，但是不太适合用于车载的动态，而适用于比特币那种挖矿机的电源设计，次级的电流波形连续输出电容的压力会稍微小一些。而变压器无需要气息设计，次级MOS的电压应力会小一些，软开关就没有电压尖峰了吗？哈哈哈，一样有的，设计的变压器的漏感和死区及电路的寄生电感都会影响尖峰的大小。
除了上面说的Boost+LLC的模式，还有一种LLC+BUCK的模式，对于本次应用也有一定的参考价值，只不过目前暂时没有量产的样机使用，使用用开环LLC+BUCK的控制模式，LLC用来解决高压侧开关损耗与隔离变换，BUCK用来闭环和输出纹波降低，从功能性能上初看貌似还是很好的，但是实际上对于输入侧不变的情况下这种用法是很好的，也就是要三级联的拓扑：BOOST+LLC+BUCK，而对于本次应用中的宽范围输入变换并不占太多优势，而三级联的拓扑对于极高温下和高效率自冷小模块具有很好的优势，虽然组件增加但是可以把效率做的更高一些，对于产品的工况并不仅仅关注其最高效率，也要关注最恶劣的效率。
拓扑三：移相全桥与硬开关全桥
由于LLC的种种问题，移相全桥在低压大电流输出应用中开始广泛得到关注，同步整流的设计相对简单，输出侧存在电感，输出电容的压力可以得到缓解，而在一些应用中比如低速车的100V左右的输入DCDC移相全桥就会显得鸡肋，还不如硬开关全桥，当然业界也有不同的做法，比如推挽正激变换器。移相全桥其实也是谐振的一种，只不过是利用谐振电感和MOS的结电容谐振，只操作开关时刻附近的状态，实现软开关的方式大致相同，ZVS超前臂通常并接谐振电容，但是控制上却复杂很多，目前多以模拟芯片控制为主，例如ISL6752或者UCC38950等移相全桥控制芯片。对于抑制次级开关管的电压应力问题，阮新波老师的书中写了不少，最简单有效的方法就是谐振电感与变压器之间，分别对VCC和GND接二极管钳位，而其他的抑制方法则有RC吸收，RCD吸收，有源钳位，变压器辅助绕组钳位等等。大电流下的应力一直是一个设计的难点，当然也有一些另辟蹊径的方法，比如引入饱和电感等等。其实实际电路的问题还是与器件特性有很大的关系，选择反向恢复特性好的一些器件来进行设计会好一些的。
低压大电流的拓扑变换一直是业界电力电子变换的一个痛点，往往最后变成了一个工艺问题，几年前看日本新电元的DCDC模块设计，将输出的整流器件封装在一起，将输入的开关器件封装在一起，然后使用拼积木般的设计，变压器锁螺丝分别到输入输出上，把体积做的很小，成本也比较廉价，他们使用的拓扑也是移相全桥，是数字控制的，组件分离化设计对于国内厂商的成本是下不来的，这可能也是制造业的一个痛点，设计水平与加工控制成本的权衡吧。
对于低压大电流设计方案并不是唯一的，产品的应用不同，方案也会有很大的差异，往往是热、应力，成本和体积的权衡。 当输出的电流大到一定值时，所有的花招都不过是花拳绣腿，当频率达到一定值时，所有的花招都不过是过眼云烟。软开关与硬开关究竟差在哪里？软开关这些年被过度推崇，导致了后进的电源工程师对硬开关电路存在很深的偏见，当我们过度追求效率时，却往往忽略了排在第一的是可靠性。当然并不是说哪个电路可靠与否，只是说软与硬不是一成不变的，也不应该存在偏见。拓扑方案在大功率设计时，往往会拉开明显的差距，而在小功率设计时却差异不大。
后记：写这篇文章的时候心情不太美丽，并没有那么感情在里面，感觉不是很好，可能又要面临抉择了吧，心已经不是特别平静了，人至中年有时候会比较尴尬，但是还是要始终相信，现在遇到的挫折都是人生路上最简单的。论语中有写到，曾子曰：“吾日三省吾身——为人谋而不忠乎？与朋友交而不信乎？传不习乎？” 我也时常反思过往，为现在与未来吸取经验与教训。人这一生，或许没有太多的对错，拼尽全力去抗争命运，无关风雨去前行，谁又知道前路在何方呢。本来寻思着把OBC的内容DAB和CLLC及混合控制一起发了的，但是写了一半累了，我要歇会儿了，做做饭享受下美好的生活，下次心情好的时候再说了。
这一路要不断摸索，希望有一天，你不在江湖的时候，江湖还有你的传说。
