電動汽車DC-DC變換器驅動選用？

 

   目前電動汽車的設計和研制正在逐漸升溫，而工程師在進行電動汽車的燃料電池驅動系統設計時，需要選擇最合適的DC-DC變換器，以此來滿足燃料電池分布式并網發電系統的應用需要。目前常見的DC-DC變換器分為隔離電壓型和隔離電流型兩大類型，本文將會對這兩種類型的DC-DC變換器進行詳細探討，看哪種變換器更適合電動汽車的驅動選用。

 

    隔離電壓型DC-DC變換器

 

    隔離電壓型的DC-DC變換器是目前比較常見的變換器類型之一，這一大類型中又可以分為半橋、全橋兩種小分類，下面我們來分別進行介紹。首先來看電壓型半橋DC-DC變換器。半橋變換器具有電路簡單，而且與推挽和全橋相比，可利用輸入電容的充、放電特性自動調整兩個輸入電容上的電壓，使變壓器在工作周期的正、負半周伏-秒平衡，因此在中大功率范圍內受到青睞。
 

   接下來我們再來看一下電壓型全橋DC-DC變換器的特點。在實際的應用過程中，這種變換器具有開關管器件電壓應力、電流應力較小，高頻功率變壓器的利用率高等優點。而且全橋DC-DC變換器適合做軟開關管控制，減小變換器中的開關管損耗提高轉化效率。如三相全橋DC-DC變換器結構，三相的結構將電流、損耗均分到每相中，適合大功率DC-DC變換。同時三相全橋中的開關管也可以獲得軟開關管工作條件。可以說，電壓型的DC-DC變換器是非常適合電動汽車燃料電池的分布式并網發電系統進行選用的。

隔離電流型DC-DC變換器

   在介紹了隔離電壓型DC-DC變換器的兩種常見類型和特點后，接下來我們來看一下隔離電流型DC-DC變換器的特點和應用情況。與電壓型DC-DC變換器一樣，隔離電流型變換器也同樣在結構上分為全橋和半橋兩種。電流型半橋DC-DC變換器。因為在任何時刻，兩個開關管必須保證有一個開關管是導通的，即開關管的導通占空比不能小于0.5，導致兩個輸入電感總是有一個處于充電狀態，輸入電流總是大于零，這意味著系統有一個最低輸出功率的限制。

 

   接下來我們再來看一下電流型全橋DC-DC變換器的電路結構。該結構電路穩定工作時候，兩組對角的開關管在前后半個開關管周期內交替關斷（等效為兩個Boost輪流工作），將電能傳送到變壓器副邊。通過PWM調制控制輸出電壓。

 

   那么，電流型全橋DC-DC變換器在實際的燃料電池發電系統中的應用情況，究竟如何呢？下面我們通過一個案例來進行分析。這里我們使用一種逆阻型IGBT的電流型全橋移相DC-DC變換器作為一個5kW燃料電池的發電系統的前級，進行設計和實驗。可以看到，在這一發電系統的電路設計中，高頻變壓器有兩個副邊繞組，經整流得到兩路輸出電壓供給后級半橋逆變器。電流型的結構沒有直通短路問題的存在，有更高的可靠性。電流型全橋移相DC-DC變換器的輸入電流是連續，這樣的工作條件更有利于延長燃料電池工作壽命。

 

   65KW燃料電池發電系統電路圖中，我們所使用的電流型全橋DC-DC變換器通過諧振元Lr和Cr可以使得電路中的開關管IGBT獲得零電流關斷（zCS）工作條件，同時使得負載整流二極管獲得零電壓關斷（zVS）工作條件。可以有效地消除電路中1GBT由于拖尾電流造成的關斷損耗，同時二極管的反響恢復損耗也得到消除。在開關管乃和乃換流期間，通過副邊整流二極管的電流也在同步下降。因為諧振電容口的存在，在二極管電流減小到零前作用于二極管上的電壓將保持為零。二極管自然關斷。二極管的反向恢復損耗可以消除。

 

   但是這種電流型的DC-DC變換器被應用于燃料電池發電系統中的時候，仍舊有一個很嚴重的弊端，那就是導通損耗大，工作效率低。因為輸入電壓比較低，而IGBT的導通壓降比較高，盡管所有的主開關管、二極管在這里都可以獲得軟開關的條件，但是它的原邊開關管的導通損耗依然比較大，整個電路的工作效率基本只維持在90%左右。另外輸入電感的體積往往比較大，對提高功率密度來說也不利，所以這種電流型全橋移相DC-DC變換器應用于燃料電池發電系統中不是理想的選擇。