DCDC电路原理及分类

DCDC理及分类

所涉及的DCDC主要有三种类型。

1)高低压转换器(辅助功率模块)

此模块的主要作用是取代传统的12V发电机。如图1所示,强混以上的系统之中,发动机输出的动力直接驱动高压继电器对高压电池系统进行补电,传统的12V用电负荷,则完全依靠这个DC/DC变压器供给,因此传统的用电负荷补给也就落实到了这里。此类器件,几乎所有的新能源汽车都会应用,功率范围从1KW~2.2KW,也是未来48V系统的一个核心元件,将对此器件进行展开。

图1 高电压转换器的应用环境

DC-DC的三种类型

2)12V电压稳定器

12V电压稳定器,如图2所示,主要是用在部分Start-Stop系统(如果有可能,后续对Start-Stop将要做个分类,目前在欧洲SS系统已经应用非常广泛了。在启动过程中,如果采用某种架构用来防止电压波动对一些敏感器件产生影响。这里的敏感负载,主要包括用户可见的用电负载,如内饰灯和收音机等。电压稳压器的功率等级,随着敏感用电器的负荷而定,一般为200~400W;总体而言,此类器件功率等级较小,成本要求较为苛刻,欧洲的零部件厂家切入较早,这类器件的技术已经非常成熟。

图2 12V电压

3)高压升压器

这种高压升压器,如图3所示是一种选择性的架构,主要是某些整车企业,为了提高动力系统的效率,选择用一个Boost的升压器来提高逆变器输入的总线电压。因此,这个部件集成在逆变器里面,作为动力总成的一部分。此类器件,由于在特定的部件条件下,通过系统设计优化出来的一个附带产物,并不是每个整车企业都需要选择,特别是随着锂电化带来的系统电压等级的升高,这个器件对于普通的零配件企业而言不是很好的机会。

图3 高压升压器

高低压转换器部件的历史及性能评价指标

高低压转换器部件的历史

由于在磁性材料和部件领域的优势,加之日本混合动力汽车市场的培育较为成功,与日本整车汽车同步发展,在这个领域耕耘比较好的,是日本供应商,比如TDK;其产品线一代代进化如图所示,产品主要应用在本田的混合动力产品线上。其竞争对手Denso和Toyota Industry的产品,在不同的普锐斯/凯美瑞的混合动力车上使用,在整体销量上,是处于地位的,如图5所示。其他日本厂家如Shindengen Electric和Nichicon,也在依托其部件优势挤入汽车功率电子零部件市场。传统的汽车部件供应商,如博世、大陆和德尔福,虽然切入这个领域不算太晚,但这个部件的特点就决定较难依靠单一部件来盈利,在产量较低的时候,BOM成本会很高,不易切入。其他在工业功率电子中比较成功的艾默生和台达电子,特别是后者依托其工业&消费功率电子的份额,在积极开拓这个市场。

图4 TDK DC-DC产品进化蓝图

图5 Denso和Toyota Industry的DC-DC 产品

性能评价指标

表2 DC-DC产品性能表

Denso TDK

1 输入电压范 围 288V(norminal)

2 输出电压范 围 13 ~15V 14.5V

3 大输出电 流 120A 100A

4 大效 率 96% 94%

5 半载效 率

6 尺 寸 360mm*95mm*105mm

7 重 量 2.7kg

拓扑结构

DC-DC的部件主要有以下的技术指标,如表2所示:

1. 功率等级:不同等级的车辆,往往在配置上存在非常大的差异,导致14V系统的动态功率需求变化。按照模块化开发的理念,选择不同的功率等级,来匹配不同等级的车辆,经过电气平衡之后,就可以覆盖很多的车型。这算是目前较为流行的做法。

2. 效率:对这个部件而言,效率是个极端重视的目标。它既决定了整个部件的散热方式,也决定了整个部件的寿命。评价效率的时候,往往采用与输出电流对应的效率曲线来表征,单个点上的大效率其实是个很有欺骗性的数据。

3. 容积&重量&功率密度:部件一体化的设计,目前对于部件的体积和重量都有着苛刻的要求,从上面的图形来看,在这两个指标上,演进是较为迅速的。

4. 散热方式:同大部分功率电子部件一样,在2KW左右的等级上,有主动风冷和液冷两种方式。前者对于系统风道有要求,后者对于冷却液管路的排布有着限制。即使开发出来可用的部件,在整车集成的时候,散热也是一个很大的问题点。

5. 成本:目前来说,这个部件的成本要求是非常严格的,所以后面全桥这样的拓扑结构所需要的MOSFET较多,也会被人放弃掉。

 

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