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力工新能源在第四届中国新能源汽车技术峰会上就车载DC/DC产品若干问题进行探讨

116,2018首届中国(成都)新能源汽车高峰论坛在成都盛大开幕。在117日同期举行的第四届中国新能源汽车行业总工技术峰会上,深圳力工新能源科技有限公司技术总监张建北就新能源汽车小三电DC/DC产品若干问题展开探讨。

近年来,国内新能源汽车快速发展,带动了许多细分领域的发展,车载电源就是其中一种,它包括DC/DC变换器、车载充电机等。DC-DC转换器可以达到优化电机控制、提高电动汽车整体效率性能的作用,同时还可以避免变换器出现浪涌电压的不利情况。因此,提升对该细分领域的认知也显得十分必要。

在实际应用过程中,DC-DC转换器的选择很重要,合理使用DC-DC可以有效地控制高电压值的稳定,有利于电动汽车驱动性能的提升。由此,针对DC/DC产品开发过程中的若干问题进行讨论。
                                                  


    一、DC/DC转换器在汽车领域的架构选择之探讨

车载DC/DC转换器-(移相全桥拓扑):移相全桥拓扑特点:1.滞磁曲线双向磁化,产品体积小,效率高;2.输出LC设计架构,负载特性好,安全可靠。3.拓扑存在问题:①副边占空比丢失,导致输出电压下降现象。②输出整流管的电压应力高现象,需要加相应的钳位吸收功能。

车载DC/DC转换器-(有源钳位正激拓扑):有源钳位正激拓扑特点:1.滞磁曲线单向磁化,产品体积大,效率偏低2.器件应力高,可靠性偏低。适用于1000W以下的输入电压较低的低速车的应用场合。

车载DC/DC转换器-软开关(LLC拓扑):拓扑特点:1.滞磁曲线双向磁化,产品体积小,效率偏高。2.输入电压效应差,负载特性差,动态性能差。


    二、基于汽车电源DC/DC高压输入浪涌之思路

    1.持续高压

持续高压1200V的器件功率等级(SIC、母线电容),承受高压冲击等级。输入高压脱离电路,切断输入供电回路。输入电压高于设计值时,触发过压脱离功能电路,切断输入端与母线及功率器件的回路。保护器件安全可靠。

    2.浪涌高压

防雷浪涌抑制电路:防雷浪涌抑制电路有压敏、气体放电管、电感性元件、防雷击元件组成。输入端口的浪涌电压,经过防雷浪涌抑制电路的钳位稳压、回路泄流处理,达到合理的电压区间,保证产品安全。

DC/DC高压输入浪涌:被动器件保护。核心元件产品采用1200VSIC半导体器件,母线电容采用1600V的薄膜电容;主动安全防卫。搭配过压脱离电路浪涌抑制电路与防雷浪涌抑制电路相配合,保证系统网络的产品在可承受的应力范围,保证产品稳定可靠。

    3.DC/DC输入冲击电流问题讨论

输入浪涌电流产生的机理: 输入端口的等效电容C与输入端口的电压作用,产生浪涌电流。输入浪涌电流危害效果:DC/DC输入高压锂电池,那么电池的安全防卫是首要任务。 一般会在电池的放电回路上面串联被动元件-高压快速熔断保险丝,做为电池放电系统的保护用处。而由于具备输入端口较大的浪涌电流,导致快融保险丝损坏,而使DC电池总线上的回路切断,其上面的供电设备无法正常工作。

解决办法及弊端:①输入端串联较大的预充电电阻,缺点:增加了体积与响应时间。②选用较大值的快熔保险。缺点:可靠性会减低,导致异常现象无法保护,电池无保护等起火现象。

DC/DC输入冲击电流烧保险问题:①改变电路结构,保证EMC基础上,减小等小的Ceq,源头上减少Isurge。②采用预充电阻与软件及硬件控制的两级预充电路,加速浪涌电流耗散,减少响应时间,保证可靠性能与快速响应。比如:3KWDC/DC,200-800V的输入范围,可以做到10A以下的浪涌电流,满足不同电池的应用需求。

    四、汽车电源DC/DC输出电路设计之思路

DC/DC输出要求,电池负载的特殊性:①电池的充电、放电的能量双向流动;②电池电压平台差异性;③电池保护及时性。

技术难题:输出电压反接;输出反灌保护;输出电压平台智能测试;输出电流采样:①电阻采用。实际应用,输出电流较大,损耗大。②霍尔电流采样。成本太高,交期太长。③通过磁隔离,采样原边电流。采用精度差,响应速度慢。

力工的思路: 1)输出反接、反灌的使用新型专利应用;2)电池智能检测的,软硬件的双重应用;3)利用MOSFET的寄生Rdson的电流检测方案。

    五、DC/DC产品的热设计问题之讨论

汽车车载配件的严苛的环境工况: 空调DC/DC(-50度—80)的环境应用要求;汽车产品的零故障的目标要求。

行业的做法:大的功率器件叠加,散热空间的加大等,增加了产品体积;提高产品的温度等级,产品寿命可靠性的减低,安全因素的增加。

力工的做法:理论设计、软件建模仿真、设计测试验证。器件级别热设计→模块级别热设计→系统级别热设计

    六、力工对车载对合一产品之理解

汽车板载级的多合一探讨:1.区别以往的物理组合,板载级别的DC/DC+OBC设计理念,原理集成做法;热设计、EMC、工艺等系统级的行业难题的解决思路;小体积、高效率、智能化等的技术设计产物,兼容汽车不同场合应用。