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DC-DC Konvertertechnologien für Electric / Hybrid elektrische Fahrzeuge

DC-DC Konverter Verwenden Sie viele verschiedene Topologien

überverkaufte Elektroautos mit Verbrennungsmotoren (ICE) in den frühen 1900er Jahren, aber zwanzig Jahre später, sie war fast verschwunden Als Reaktion auf die hohen Gaspreise und die vorgeschriebenen Emissions- und Kraftstoffleistungsstandards sind sie jetzt zurückkommen einige von ihnen werden von Autoherstellern hergestellt und einige sind Umbauten von ein Eiswagen für Elektrofahrzeuge, aber in jedem Fahrzeug mit eine höhere Batteriespannung als traditionelle fahrzeuge, dc dc umwandlung ist ein wesentlicher Bestandteil der Automobilelektronik

von Keith Nardone, Direktor, Geschäftsentwicklung und Tom Curatolo, Direktor, Anwendungstechnik, Vicor Konzern

konventionelle Technologien
zur Zeit natürlich natürlich DC-DC Konvertervorhandene technologische Entwürfe verwenden, ein grundlegender Aspekt davon ist zum Beispiel Topologie. DC-DC Konverter Verwenden Sie viele verschiedene Topologien, von denen keine ist allen anderen überlegen in jeder Hinsicht Einige Anwendungen haben Anforderungen, die von einer bestimmten Topologie am besten erfüllt werden. Obwohl vollständige Berücksichtigung der großen Anzahl verfügbarer Topologien Als entmutigende Aufgabe ist es hilfreich, die Vor- und Nachteile der beiden wichtigsten topologischen Klassen zu berücksichtigen: feste FrequenzPulsweitenmodulation (PWM) und variable Frequenz quasiresonant Nullstromumschaltung (ZCS).
Von die Zwei, PWM kann im Design etwas einfacher sein, aber es tauscht von Natur aus die Effizienz gegen aus Betriebsfrequenz, beide wichtigen Parameter für Elektrofahrzeuge (EV) oder Hybriden (HEV). Hochfrequenz Der Betrieb ist seit langem als einer der Hauptschlüssel zur Erzielung einer hohen Leistungsdichte anerkannt z.B. kleinere Magnete, Filter und Kondensatoren im Schaltmodus Konverter. Mit feste Frequenz switchmode Umrichter steigen jedoch die Schaltverluste direkt mit an Betriebsfrequenz, was zur richtigen Stelle führt begrenzt die erreichbare Leistung Dichte. Variable Frequenz Wandler überwinden die Frequenzbarriere durch jedes Ein- und Ausschalten des Schalters treten bei Null Strom auf.
ein zweiter Hauptunterschied zwischen fester Frequenz und variabler Frequenz DC-DC Konverter ist das Geräusch . wieder ein wichtiger Parameter für EVs / HEVs . generiert durch den Schalter. Die hartes Schalten der PWM erzeugt mehr Rauschen als das sanfte Schalten von ZCS.
Heute ist der primäre EV / HEV DC-DC Konverter Anwendung ist die Konvertierung von eine Hochspannungsbatterie bis auf 12 Volt typische Autospannung, obwohl Möglicherweise sind höhere Spannungen erforderlich, z. B. 42 Volt für die Servolenkung DC-DC Konverter . allgemein angepasst . verwendet in this Anwendung haben normalerweise Eingaben von 250 - 450 Volt, einstellbare Ausgänge von 12,5 bis 15,5 Volt und Ausgangsleistungen von 250 w bis 3.5 kW. Die Größen und Gewichte verfügbar DC-DC Konverter variieren erheblich, natürlich abhängig von der Betriebsfrequenz, aber auch in gewissem Maße von den Ein- und Ausgängen von Spannung und Leistung
Mit Bei herkömmlichen Topologien liegen die Wirkungsgrade normalerweise zwischen 80 und 90, aber die niedrigen Linienwirkungsgrade liegen wahrscheinlich um vier oder fünf Prozentpunkte niedriger als Ergebnis AC-DC und einige weitreichende Gleichstrom Gleichstromprodukte müssen an der unteren Linie herabgesetzt werden
Hochspannung / Hochleistung Die Umrüstung in Fahrzeugen befindet sich in einem frühen Stadium Viele technische und wirtschaftliche Herausforderungen müssen für ev und HEV gelöst werden Anwendungen. Die technische Herausforderungen für einen solchen Konverter viele von ihnen miteinander verbunden . umfassen Größe, Gewicht, Wirkungsgrad, elektromagnetische Kompatibilität / elektromagnetische Störungen (EMV / EMI), Zuverlässigkeit, Hochspannungsisolation, Wärmeabfuhr / Wärmemanagement und Kosten. Darüber hinaus ist natürlich eine zuverlässige Leistung in den Umgebungen Hitze, Kälte, Schock und Vibration eines Straßenfahrzeugs selbstverständlich
fortgeschrittene Technologien
DC-DC Konverter für zukünftige evs und HEVs erfordern eine hohe Leistungsdichte, Effizienz und Skalierbarkeit, die nicht können kostengünstig sein unterstützt durch niederfrequente Massenkonverter Designs. während ein 2 kw DC-DC Der Konverter kann ein gemeinsames Entwurfsziel sein, High-End Fahrzeuge benötigen mehr Leistung, während kleiner DC-DC Konverter mit niedrigere Nennleistungen würden niedrigere Kosten für Einsteiger evs und HEVs. Zu bewältigen mit this Die Breite des Strombedarfs, eine flexible, skalierbare Stromversorgungssystemmethode mit modularen Wandlern mit hoher Leistungsdichte, die eine effiziente Busumwandlung, Isolation und Spannungsregelung ermöglichen, ermöglichen eine höhere Leistung und eine schnellere Markteinführungszeit (kostengünstig)
Solche fortschrittlichen Technologien sind verfügbar oder werden online geschaltet Diese Motoren zur Leistungsumwandlung können eine effiziente Verteilung der elektrischen Hochspannungsleistung in Fahrzeugen unterstützen und dem Konstrukteur des Stromversorgungssystems wichtige Vorteile bieten, darunter geringe Größe, geringes Gewicht, hohe Leistungsdichte, hoher Wirkungsgrad, Konstruktionsflexibilität und schnelle Reaktion auf sich ändernde elektrische Anforderungen.
Insbesondere neue Energieumwandlungstechnologien . in Form von DC-DC Leistungsumwandlungsmotoren . das verspricht fortschrittliche Lösungen für EV / HEV Fahrzeuge umfassen:
Nullspannung Schalten (DC / ZVS) DC-DC Konvertermit 95 % Wirkungsgrad bei 1 kW / in3 Leistung Dichte; ZVS Buck-Boost Regulierungsbehörden mit > 97 % Wirkungsgrad bei 1 kW / in3; und Sinusamplitude Converter ™ Hochspannung (SAC HV) Buskonverter mit 97 % Wirkungsgrad bei 1 kW / in3.
DC / ZVS DC-DC Konverter
Doppelklemmen-Nullspannungsschaltung (DC / ZVS) Konverter (Abbildung 1) die Fähigkeit haben, einen geregelten Ausgang von bereitzustellen ein sehr breiter Eingabebereich. Adaptive Zellenstromversorgungssysteme umfassen eine Vielzahl von Wandlern, die in einem Array konfiguriert sind, um eine Hochspannungs-, Hochfrequenz- mit großer Reichweite bereitzustellen Leistung Verarbeitung. Ein Wandlerblock verwendet typischerweise zwei magnetisch gekoppelte Wandlerzellen, die selektiv in Reihe oder parallel konfiguriert sind (Abbildung 2). in beiden Konfigurationen Gleichtakt Rauschen wird im Wesentlichen gelöscht, wodurch eine große Filterherausforderung für evs und HEVs beseitigt wird.


adaptive Zelltopologien, die in DC / ZVS enthalten sind DC-DC Konverterfür EV / HEV DC-DC Konverter Die Leistung kann einen Sinusamplitudenwandler (SAC) umfassen Zellen. Sackmotoren verwenden Nullspannung / Nullstrom Schalten, um Schaltverluste zu vermeiden Durch Eliminieren des Schaltverlusts kann der Sack effizient bei relativ hohen Frequenzen betrieben werden, typischerweise im MHz-Bereich, was zu einer kleineren Produktgröße führt Eine hohe Betriebsfrequenz ermöglicht die Miniaturisierung vieler Komponenten, wodurch die Gesamtleistung des Wandlers erhöht wird Soft-Switching-Wandler, die mit hoher Frequenz arbeiten, minimieren auch elektromagnetische Störungen (EMI) und die Filterkomponenten, die für Hard-Switching erforderlich sind Wandler, die mit niedriger Frequenz arbeiten
Die Der Sackmotor wird typischerweise verwendet, um eine Busumwandlung mit festem Spannungsverhältnis mit bereitzustellen HV Isolation Die DC-ZVS Motor liefert DC-DC Umwandlung mit Regulierung und Isolation Die Abbildungen 3 und 4 zeigen den Wirkungsgrad und die Leistung der Ausgangswelligkeit für DC / ZVS Wandler konfiguriert in einem Multi-kW Array.


ZVS Buck-Boost Regulierungsbehörden
ZVS Buck-Boost Regler liefern einen geregelten Ausgang von eine ungeregelte Eingangsquelle ZVS Buck-Boost Regler können eigenständig als nicht isoliert verwendet werden Spannungsregler oder kombiniert mit Sackstrommultiplikatoren, um isoliert zu erzeugen DC-DC Konverter . Die Regler kann "faktorisiert" sein weg von Sackstrommultiplikatoren für eine höhere Dichte am Lastpunkt bei gleichzeitiger Unterstützung einer effizienten Energieverteilung und Einsparungen bei Leitergewicht und -kosten in Kombination diese Motoren ermöglichen DC-DC KonverterSysteme mit deutlich höhere Dichte, Flexibilität und Effizienz als konventionelle Konverter.
ZVS Buck-Boost Reglerfähigkeiten umfassen:
• Eingangs- und Ausgangsspannungen bis 650 VDC
• bis zu 5: 1 Eingangsspannungsbereich
• bis zu 5: 1 Spannungserhöhung / Absenkungsverhältnis
• Umwandlungseffizienz bis zu 98 %
• skalierbar von Hunderte von Watt bis Kilowatt.
eine einzigartige Soft-Switching-Topologie und ZVS Steuerungsarchitektur ermöglichen effiziente HV Betrieb bei 1 MHz. Die Regler können parallel geschaltet werden, um eine höhere Ausgangsleistung zu erzielen Ein Merkmal der Reglersteuerungsarchitektur ist, dass sich ihre Schaltsequenz weder im Buck- noch im Boost-Modus ändert Nur die relative Dauer der Phasen innerhalb jedes Betriebszyklus wird gesteuert, um die Spannung zu erhöhen oder zu verringern
Sack HV Buskonverter
Festes Verhältnis Konverter, welche schließen Sie den Sack HV ein Buskonverter, sind in der Lage, effizient HV Bus Konvertierung. zusätzliche Funktionen umfassen:
• Eingangs- und Ausgangsspannungen bis 650VDC
• bis zu 5: 1 Eingangsspannung Bereich;
• aktuelle Multiplikation bis zu 200X;
• Umwandlungseffizienz bis zu 98 %
• skalierbar von Hunderte von Watt bis Kilowatt.
ZVS-ZCS Sinusamplitudenwandlertopologien mit ein Antriebsstrang mit niedrigem q unterstützt effizient Hochfrequenz Leistungsverarbeitung mit a feste Frequenz Oszillator mit hoher spektraler Reinheit und Gleichtakt Symmetrie, was im Wesentlichen zu rauschfreiem führt Operation. Die Die Steuerungsarchitektur sperrt die Betriebsfrequenz an die Resonanzfrequenz des Antriebsstrangs, optimiert den Wirkungsgrad und minimiert die Ausgangsimpedanz Durch effektives Löschen reaktiver Komponenten kann die Ausgangsimpedanz Zout relativ niedrig sein Zu Zout weiter reduzieren oder für eine größere Leistungsfähigkeit können Buskonverter mit parallel geschaltet werden genaue aktuelle gemeinsame Nutzung. Leise und leistungsstarke Sac-Bus-Wandler liefern im Wesentlichen eine lineare Spannung / Stromumwandlung mit flache Ausgangsimpedanz bis ca. 1 MHz.
in Kombination diese Energietechnologien versprechen überlegene Lösungen für die technischen Herausforderungen, die mit verbunden sind evs und HEVs Dazu gehören geringe Größe, geringes Gewicht, sehr hoher Wirkungsgrad, niedrige EMI, Hochspannungsisolation, Wärmemanagement, Modularität, Designflexibilität, Skalierbarkeit und Kosten Sie sind einfach parallel zu konfigurieren fehlertolerant Hochleistungs-Arrays

Quelle von : http: / / www.powerguru.org / DC-DC-Wandler-Technologien-für-Elektrichybrid-Elektrofahrzeuge /
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