理论教育 电力电子技术在汽车中的应用-DC-DC变换器

电力电子技术在汽车中的应用-DC-DC变换器

时间:2023-10-07 理论教育 版权反馈
【摘要】:DC-DC变换器还可以分为两种:隔离型和非隔离型。此二极管是必不可少的元件,如果无此二极管,降压型DC-DC变换器不仅不能正常工作,还会在储能电感两端感应出很高的自感电势,使功率开关管击穿,且损坏其他元器件。下面将以PSS3-12-*系列为例介绍隔离型DC-DC隔离型变换器的工作特性。

电力电子技术在汽车中的应用-DC-DC变换器

DC-DC变换器还可以分为两种:隔离型和非隔离型。基本的升压(boost)电路、降压(buck)电路、升降压(boost-buck)电路以及cuk电路等都是非隔离型的。而单端正激、反激电路、双端推挽结构、半桥结构以及全桥结构都属于隔离型DC-DC变换器。

10.5.1.1 buck电路

降压型DC-DC变换器的电路如图10-8所示,主电路中起开关作用的是功率管V,可以采用功率晶体管、MOSFET、IGBT等。其输入端的电压E发动机整流后得到的直流电压。功率管基极加的是周期为T的方波信号(此方波信号由控制回路提供)。其工作原理简述如下:

t=0时刻驱动V导通,电源E向负载供电,负载电压uo=E,负载电流io按指数曲线上升。t=t1时控制V关断,二极管VD续流,负载电压uo近似为零,负载电流呈指数曲线下降。通常串接较大电感L使负载电流连续且脉动小。工作波形如图10-8b所示。

续流二极管VD的作用为:当功率开关管VI截止时,提供一条通路,使储能电感L中的电流能继续流通,故称之为续流二极管。此二极管是必不可少的元件,如果无此二极管,降压型DC-DC变换器不仅不能正常工作,还会在储能电感两端感应出很高的自感电势,使功率开关管击穿,且损坏其他元器件。

通过电路的工作原理,我们很容易得到:

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故称之为降压型变换器。这种电路结构简单,调整方便,可靠性高;对功率开关管及续流二极管耐压要求低,只要求等于或大于最高输入电压即可;而且储能电感在功率开关器件导通时能将电能变为磁能储存起来,而在功率开关管截止时,又能将储存的磁能变为电能继续向负载供电,电源带负载能力强,电压调整率好;储能电感和输出电容C组成Γ形滤波器,能进一步降低输出电压的纹波成分。不过在这种电路中,功率开关管和负载是直接与整流电源串联,故万一开关管被击穿短路时,负载两端的电压便升高到整流电源电压E,则负载因承受过电压而损坏。

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图10-8 降压型DC-DC变换器主电路及波形图

a)电路图 b)电流连续时的波形 c)电流断续时的波形

10.5.1.2 boost电路

升压型DC-DC变换器的电路以及相关波形如图10-9所示。这种变换器的工作过程如下:当开关管受控导通时,E加到储能电感L的两端,二极管VD处于反偏而截止,电流通过储能电感L将电容转换成磁能储存起来。开关管受控截止时,储能电感两端的电压极性颠倒,二极管变为正偏,给储能电感L和电源E串联放电提供通路,电流流经二极管至负极和滤波电容C

这种DC-DC变换器是在开关管导通时,储能电感从整流电源中取得能量,在此期间提供给负载的电能由滤波电容放电来提供。故若要求输出电压的脉动小,就要求它的放电时间常数CRL很大。当开关管VI截止,续流二极管VD导通时,储能电感就把储存在它上面的能量转移到负载RL和滤波电容上,即这时储能电感和输入电源串联,一起向负载及滤波电容提供能量。

从上面的分析很容易得到:

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故称之为升压变换器。(www.daowen.com)

10.5.1.3 隔离型DC-DC变换器

隔离型变换器通常在内部集成一个隔离变压器,起到输入、输出之间的电气隔离,提高电源质量。

下面将以PSS3-12-*系列为例介绍隔离型DC-DC隔离型变换器的工作特性。PSS3-12-*系列变换器的特性参数如下:

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图10-9 boost电路及波形

表10-1 PSS3-12-*系列变换器的特性参数

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(续)

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PSS3-12-5及PSS3-12-1212实物图的如图10-10所示,其应用电路如图10-11所示。PSS3-12-1212的应用电路如图10-12所示。PSS3-12-*系列DC-DC模块的输出端接1μF的瓷片电容,且该电容与芯片的距离最好为50mm。

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图10-10 PSS3-12-5及PSS3-12-12的实物图

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图10-11 PSS3-12-5的应用电路

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图10-12 PSS3-12-1212的应用电路

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