車，配上邊上靠著的美女，變成了香車，讓人“來電”，不論是燃油車時代還是新能源，電到你，是車企永遠(yuǎn)不變的主題。
在新能源汽車和智能電網(wǎng)的應(yīng)用中，不單是從電網(wǎng)到新能源汽車的能量轉(zhuǎn)換，也往往都會需要從汽車到電網(wǎng)的能量傳輸（V2G），此外就是在混能中的充放電轉(zhuǎn)換。而在能量轉(zhuǎn)換的過程中，擔(dān)當(dāng)重要角色的DC-DC轉(zhuǎn)換器就成了充電接口和電池的主要模塊。
DC-DC 轉(zhuǎn)換器，作為電動汽動力系統(tǒng)中很重要的一部分，它的一類重要作用是為動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，空調(diào)以及其他輔助設(shè)備提供所需的電力。另一類，是出現(xiàn)在復(fù)合電源系統(tǒng)中，與超級電容串聯(lián)，起到調(diào)節(jié)電源輸出，穩(wěn)定母線電壓的作用。
電動汽車的內(nèi)部電氣系統(tǒng)模塊圖
今天的主題圍繞DCDC的分類和工作原理展開~
1、DCDC——“隔離與非隔離”
提到DCDC，首當(dāng)其沖，我們要說說隔離和非隔離。
這里的隔離，不是居家隔離，而是電氣隔離。
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(tǒng)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(tǒng)，以防止在裸露導(dǎo)體故障帶電情況下發(fā)生間接觸電危險。實現(xiàn)電氣隔離以后，兩個電路之間沒有電氣上的直接聯(lián)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?shù)年P(guān)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(jié)構(gòu)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(cè)的電容要求比較高。主要的非隔離DCDC電路結(jié)構(gòu)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(zhuǎn)換器的基礎(chǔ)上加上一個高頻變壓器就構(gòu)成了隔離型雙向DCDC轉(zhuǎn)換器，高頻變壓器兩側(cè)的電路拓?fù)淇梢允侨珮蚴?、半橋式、推挽式等等。這幾種隔離型的雙向DCDC轉(zhuǎn)換器，采用了更多的功率開關(guān)，電壓變比大，帶電氣隔離等優(yōu)點。但是這類DCDC轉(zhuǎn)換器結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本也相對較高，轉(zhuǎn)換器的損耗高，低頻時會導(dǎo)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(zhuǎn)換器比隔離型在電動汽車上運用更具有優(yōu)勢。
2、DCDC ——“系統(tǒng)三部分”
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?fù)淙缦聢D所示。
驅(qū)動模塊
對于控制芯片輸出的四路 PWM 驅(qū)動信號來說，并不能直接驅(qū)動四個功率開關(guān)管。所以，一般來說，開關(guān)電源是需要配套一個驅(qū)動電路來驅(qū)動功率開關(guān)管。驅(qū)動電路主要有以下三種：
1、直接耦合型：控制芯片的每一路輸出 PWM 驅(qū)動信號經(jīng)過由兩個三極管組成的放大電路來驅(qū)動功率開關(guān)管。此種方法無法實現(xiàn)控制部分與主電路的隔離。
2、脈沖變壓器耦合型驅(qū)動電路：此電路是在直接耦合型的基礎(chǔ)上加上了一個脈沖變壓器，實現(xiàn)了控制電路與主電路的隔離。但是這種結(jié)構(gòu)的缺點是，涉及到變壓器的設(shè)計、制作等方面，比較復(fù)雜。
3、驅(qū)動芯片的驅(qū)動電路：為了更加方便地來驅(qū)動功率開關(guān)管，很多公司研制出驅(qū)動芯片，驅(qū)動芯片可以輸出較大的功率，驅(qū)動開關(guān)管，而且隨著芯片的小型化發(fā)展，現(xiàn)在的驅(qū)動芯片體積非常小，有各種封裝形式。利用驅(qū)動芯片對功率開關(guān)管驅(qū)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(xiàn)隔離。
控制模塊
主電路的反饋主要有三種控制模式：電壓控制模式，峰值電流控制模式，平均電流控制模式。
1、電壓控制模式：屬于電壓反饋，利用輸出電壓進行校正，是單環(huán)反饋模式，輸出電壓采樣與輸入基準(zhǔn)電壓比較，得到的輸出信號與一鋸齒波電壓比較，輸出 PWM波信號。電壓控制模式設(shè)計以和運用都比較簡單，但是電壓控制模式?jīng)]有對輸出電流進行控制，有一定的誤差存在，并且輸出電壓先經(jīng)過電感以及電容的濾波，使得動態(tài)響應(yīng)比較差。
2、峰值電流控制模式：峰值電流控制模式與電壓控制模式的區(qū)別在于，峰值電流控制模式中，把電壓控制模式的那一路鋸齒波形，轉(zhuǎn)換成了電感的瞬時電流與一個小鋸齒波的疊加。但是電感的瞬時電流并不能表示平均電流的情況。
3、平均電流控制模式：屬于雙環(huán)控制方式，電壓環(huán)的輸出信號作為基準(zhǔn)電流與電感電流的反饋信號比較。設(shè)置誤差放大器，可以平均化輸入電流的一些高頻分量，輸出的經(jīng)過平均化處理的電流，再與芯片產(chǎn)生的鋸齒波進行比較，輸出合適的 PWM 波形。
相比三種控制方式，平均電流的控制方式不限制占空比，對輸出電壓和電感電流均進行反饋，有比較好的控制效果。采用平均電流控制方式進行反饋電路的設(shè)計時，把電流環(huán)是看作電壓環(huán)的一部分。
3、DCDC——“軟開關(guān)和硬開關(guān)”
DCDC中的硬開關(guān)與軟開關(guān)有何區(qū)別？
硬開關(guān)是不管開關(guān)管(DS極或CE極)上的電壓或電流，強行turn on或turn off開關(guān)管。當(dāng)開關(guān)管上(DS極或CE極)電壓及電流較大時開關(guān)管動作，由于開關(guān)管狀態(tài)間的切換(由開到關(guān)，或由關(guān)到開)需要一定的時間，這會造成在開關(guān)管狀態(tài)間切換的某一段時間內(nèi)電壓和電流會有一個交越區(qū)域，這個交越造成的開關(guān)管損耗稱為開關(guān)管的切換損耗。
軟開關(guān)是指通過檢測開關(guān)管電流或其他技術(shù)，做到當(dāng)開關(guān)管兩端電壓或流過開關(guān)管電流為零時才導(dǎo)通或關(guān)斷開關(guān)管，這樣開關(guān)管就不會存在切換損耗。
一般來說軟開關(guān)的效率較高(因為沒有切換損)；操作頻率較高，PFC或變壓器體積可以減少，所以體積可以做的更小。但成本也相對較高，設(shè)計較復(fù)雜。
4、DCDC---“EA ”
工程師面對雙向高低壓轉(zhuǎn)換的測試要求，一般都采用電源負(fù)載分開測試的方法。這個方法優(yōu)點在于成本低和布置簡單，不過犧牲了所占用的測試空間和沒法模擬電池在電流正負(fù)極的動態(tài)切換特性。
這里就要說到德國EA（ElektroAutomatik）的雙向電源PSB系列——
在車載雙向DC-DC測試中，PSB雙向電源提供多款不同電壓電流規(guī)格的電源，可覆蓋48V混動系統(tǒng)或高壓純電系統(tǒng)的應(yīng)用。低壓側(cè)的PSB雙向電源可進行低電壓的輸入輸出，連接被測品后，在高壓側(cè)的PSB雙向電源可進行高壓的輸入輸出。形成一個電流可雙向流動的測試系統(tǒng)。配合PSB功率大、體積小和作為負(fù)載時電能可回饋電網(wǎng)的特性，整個測試搭建兼具節(jié)約空間與能源回收的兩項巨大優(yōu)勢。
PSB雙向電源僅利用4U的體積即可提供30kW的直流電源和電子負(fù)載。相比傳統(tǒng)電源+負(fù)載動輒將近20U的體積，在系統(tǒng)集成中具有巨大的優(yōu)勢。僅利用一個機柜即可完成測試臺架的搭建，可有效提高空間利用率。
EA PSB全系列產(chǎn)品內(nèi)置函數(shù)發(fā)生器，通過簡單的操作即可實現(xiàn)例如正弦波、方波、梯形波等任意波形的直流輸出。
EA這個品牌，來自行業(yè)的標(biāo)簽，是這樣描述的：
EA電源采用模塊化設(shè)計，可輕松實現(xiàn)并機擴展功率 ，通過實驗室認(rèn)證的EMC純凈的電源。
近40年高品質(zhì)儀器級測試電源研發(fā)制造經(jīng)驗，EA電源在德國設(shè)計、生產(chǎn)、制造，整機進口至中國。
