如何為現(xiàn)代電動汽車設(shè)計雙向降壓-升壓轉(zhuǎn)換器

隨著現(xiàn)代汽車電氣系統(tǒng)的激增，EV（電動汽車）/HEV（混合動力電動汽車）的傳統(tǒng) 12 V 電氣系統(tǒng)在壓力下嘎吱作響。

12V 系統(tǒng)中相對較低的電壓導(dǎo)致需要大量布線的高電流，這既昂貴又笨重，并且難以穿過現(xiàn)代電動汽車的狹小空間，并影響車輛的效率。為了解決這個問題，汽車制造商逐漸推出了 48V 系統(tǒng)，該系統(tǒng)可提供更高的功率，同時降低布線機(jī)的重量和成本。

但是，由于車輛中使用的傳統(tǒng) 12 V 產(chǎn)品數(shù)量眾多，短期內(nèi)切換到單個 48 V 系統(tǒng)是不切實際的。解決方案是將 12 V 和 48 V 系統(tǒng)一起運(yùn)行，每個系統(tǒng)都有自己的電池。如果為每個系統(tǒng)使用單獨的 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，管理這些不同電壓系統(tǒng)的電源和充電可能會很復(fù)雜。雙向 DC-DC 轉(zhuǎn)換器的引入——可以充當(dāng) 12 和 48 V 系統(tǒng)之間的橋梁——簡化了設(shè)計，降低了成本，并鼓勵在低價汽車中采用。

設(shè)計：

在典型的電動汽車架構(gòu)中，低功率應(yīng)用可連接到 12V 側(cè)，而高功率應(yīng)用（通常需要電機(jī)和加熱元件）連接到 48V。雙向 DC-DC 轉(zhuǎn)換器是這些混合電壓系統(tǒng)的核心，可橋接兩種電壓。這個重要的子系統(tǒng)既是一個降壓（“降壓”）和升壓（“升壓”）轉(zhuǎn)換器，允許從另一個電池充電（圖 1）。

雙向方法允許將相同的外部組件（包括電感器和電容器等無源器件）用于升壓和降壓轉(zhuǎn)換。結(jié)果，減小了尺寸和重量，從而提高了車輛的效率/續(xù)航里程并降低了制造成本。雙向 DC-DC 轉(zhuǎn)換器還可以結(jié)合來自兩個系統(tǒng)的能量，以在電流消耗最大時提供盡可能多的電力，例如在啟動車輛時。

圖 1：混合 48V/12V 系統(tǒng)通常根據(jù)功率要求進(jìn)行分段

雙向 DC-DC 轉(zhuǎn)換器根據(jù)輸入和輸出之間的電流隔離分為兩種類型：非隔離式和隔離式雙向 DC-DC 轉(zhuǎn)換器。汽車系統(tǒng)幾乎不需要電流隔離，因為所有電壓都是分離的超低電壓 (SELV)，這是選擇 48V 的部分原因。因此雙向 DC-DC 往往是非隔離的，以避免變壓器的重量和成本。因此，非隔離式多器件交錯式雙向 DC-DC 轉(zhuǎn)換器 (MDIBC) 是一種常見的解決方案。

12V 電源來自密封鉛酸電池，而 48V 電源可以是電池或超級電容器 (SC)，或者通常是兩者的組合，從而能夠在需要時提供峰值電流。

圖 2：多器件交錯式雙向 DC-DC 轉(zhuǎn)換器 (MDIBC) 原理圖

圖 2 所示的 MDIBC 的多相方法依賴于交錯的柵極驅(qū)動信號，從而降低了輸入紋波。事實上，可以在不增加無源元件的價值（因此，尺寸和成本）的情況下實現(xiàn)可接受的輸入和輸出紋波水平。使用寬帶隙 (WBG) 半導(dǎo)體的趨勢是允許提高工作頻率，從而減小無源元件的尺寸。

與許多傳統(tǒng)拓?fù)洳煌?，MDIBC 與控制電路、熱管理和直流鏈路電容器具有共性，所有這些都增加了整體可靠性。允許電力雙向流動的能力意味著它可以適應(yīng)再生制動等系統(tǒng)，將電力返回給電池并提高車輛的整體效率和續(xù)航里程。

審核編輯 ：李倩