1. 首頁 > 生活百科 > >

DCDC轉換器的工作原理是什么？

生活百科電壓


DCDC轉換器的工作原理是什么？

文章插圖
DCDC轉換器工作原理：DCDC轉換器就是重復通斷開關，把直流電壓或電流轉換成高頻方波電壓或電流，再經整流平滑變為直流電壓輸出 。DCDC轉換器一般由控制芯片、電感線圈、二極管、三極管、電容器構成 。DCDC轉換器分為三類：升壓型DCDC轉換器、降壓型DCDC轉換器以及升降壓型DCDC轉換器，根據需求可采用三類控制 。PWM控制型效率高，并具有良好的輸出電壓紋波和噪聲 。
DC/DC 變換器，作為電動汽動力系統中很重要的一部分，它的一類重要功用是為動力轉向系統，空調以及其他輔助設備提供所需的電力 。另一類，是出現在復合電源系統中，與超級電容串聯，起到調節電源輸出，穩定母線電壓的作用 。
給車載電氣供電，DCDC在電動汽車電氣系統中的位置，如下圖所示 。它的電能來自于動力電池包，去處是給車載用電器供電 。
與超級電容配合使用的DCDC，在整車電源中的位置如下圖所示，它可能出現在圖（b）、（c）、（d）中所示位置上，而（b）是應用較多的一種形式 。
1 DCDC分類和工作原理
1.1 隔離型和非隔離型
什么是電氣隔離？
百度來的一段話：電氣隔離，就是將電源與用電回路作電氣上的隔離，即將用電的分支電路與整個電氣系統隔離，使之成為一個在電氣上被隔離的、獨立的不接地安全系統，以防止在裸露導體故障帶電情況下發生間接觸電危險 。實現電氣隔離以后，兩個電路之間沒有電氣上的直接聯系 。即，兩個電路之間是相互絕緣的 。同時還要保證兩個電路維持能量傳輸的關系 。電氣隔離的作用主要是減少兩個不同的電路之間的相互干擾，降低噪聲 。
非隔離雙向DCDC，結構比較簡單，每個部件都是直接相連，沒有額外的能量損失，工作效率比較髙 。對升壓側的電容要求比較高 。主要的非隔離DCDC電路結構有雙向半橋boost-buck電路，雙向buck-boost電路，雙向buck電路，雙向Zate-Sepic電路，如下圖所示 。
隔離型雙向DCDC，在非隔離型雙向DCDC轉換器的基礎上加上一個高頻變壓器就構成了隔離型雙向DCDC轉換器，高頻變壓器兩側的電路拓撲可以是全橋式、半橋式、推挽式等等 。這幾種隔離型的雙向DCDC轉換器，采用了更多的功率開關，電壓變比大，帶電氣隔離等優點 。但是這類DCDC轉換器結構復雜，成本也相對較高，轉換器的損耗高，低頻時會導致隔離變壓器鐵芯飽和，損耗會進一步增加 。因此，非隔離型雙向DCDC轉換器比隔離型在電動汽車上運用更具有優勢 。
當能量由高皮側流向低壓側時，雙向DCDC轉換器工作在BUCK模式；能量由低壓側流向高壓側時，雙向DCDC轉換器工作在BOOST工作模式 。
1.2 DCDC系統三個組成分
主電路
又叫做功率模塊，是整個DCDC的主體 。一個典型的全橋型 DCDC 變換器主電路拓撲如下圖所示 。
上圖中，Vin為輸入電壓，需要通過DCDC回路，在輸出端得到一個需要的輸出電壓 。原邊開關電路，將輸入電流調制成矩形波，這個過程主要依靠控制器調制特定占空比的PWM波，用以驅動四個開關管按照既定的順序和時間開閉，從而實現電流逆變過程 。原邊輸入電壓可以通過占空比調節，占空比增加輸出電壓也增加，占空比減小輸出電壓減小 。頻率則可以通過調節開關頻率調節 。T1位變壓器，變比你n 。變壓器既可以實現電氣隔離，又可以起到電壓調節的作用 。一個固定的原邊線圈匝數，副邊改變匝數，即可得到不同的電壓等級 。變壓器的輸入，是經過左側全橋電路逆變得到的脈沖矩形波，傳遞到變壓器的副邊，得到的是另一個電壓幅值的交流正弦波 。經過DR1和DR2整流以后，再經由Cf和Rl濾波處理，得到直流電，提供給輸出端 。
驅動模塊
對于控制芯片輸出的四路 PWM 驅動信號來說，并不能直接驅動四個功率開關管 。所以，一般來說，開關電源是需要配套一個驅動電路來驅動功率開關管 。驅動電路種類很多，主要由以下三種:
直接耦合型：控制芯片的每一路輸出 PWM 驅動信號經過由兩個三極管組成的放大電路來驅動功率開關管 。此種方法無法實現控制部分與主電路的隔離 。
脈沖變壓器耦合型驅動電路：此電路是在直接耦合型的基礎上加上了一個脈沖變壓器，實現了控制電路與主電路的隔離 。但是這種結構的缺點是，涉及到變壓器的設計、制作等方面，比較復雜 。
驅動芯片的驅動電路：為了更加方便地來驅動功率開關管，很多公司研制出驅動芯片，驅動芯片可以輸出較大的功率，驅動開關管，而且隨著芯片的小型化發展，現在的驅動芯片體積非常小，有各種封裝形式 。利用驅動芯片對功率開關管驅動，這種方法比較簡單，但是控制電路與主電路仍然沒有實現隔離 。

推薦閱讀