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1 DCDC分类和工作原理

1.1 隔离型和非隔离型

什么是电气隔离？

百度来(lai)的(de)(de)(de)一段话(hua)：电(dian)气(qi)隔离(li)，就(jiu)是(shi)将(jiang)电(dian)源与(yu)用电(dian)回路(lu)作(zuo)电(dian)气(qi)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)隔离(li)，即(ji)将(jiang)用电(dian)的(de)(de)(de)分支电(dian)路(lu)与(yu)整个(ge)(ge)(ge)电(dian)气(qi)系(xi)统(tong)(tong)隔离(li)，使之成为(wei)一个(ge)(ge)(ge)在电(dian)气(qi)上(shang)(shang)被隔离(li)的(de)(de)(de)、独立的(de)(de)(de)不(bu)接地安(an)全(quan)系(xi)统(tong)(tong)，以防止在裸(luo)露导体故障带电(dian)情况下发(fa)生间接触电(dian)危险(xian)。实现电(dian)气(qi)隔离(li)以后(hou)，两(liang)个(ge)(ge)(ge)电(dian)路(lu)之间没有电(dian)气(qi)上(shang)(shang)的(de)(de)(de)直接联系(xi)。即(ji)，两(liang)个(ge)(ge)(ge)电(dian)路(lu)之间是(shi)相互(hu)绝缘的(de)(de)(de)。同时(shi)还要(yao)保证两(liang)个(ge)(ge)(ge)电(dian)路(lu)维持能量传输的(de)(de)(de)关系(xi)。电(dian)气(qi)隔离(li)的(de)(de)(de)作(zuo)用主要(yao)是(shi)减(jian)少(shao)两(liang)个(ge)(ge)(ge)不(bu)同的(de)(de)(de)电(dian)路(lu)之间的(de)(de)(de)相互(hu)干扰，降(jiang)低噪声(sheng)。

非隔离双向DCDC，结(jie)构比较简单，每个(ge)部(bu)件都是(shi)直接(jie)相连，没有额外的能量损失，工作效率比较髙。对(dui)升(sheng)压侧(ce)的电(dian)容要求比较高。主要的非(fei)隔离(li)DCDC电(dian)路结(jie)构有双(shuang)向(xiang)(xiang)半(ban)桥boost-buck电(dian)路，双(shuang)向(xiang)(xiang)buck-boost电(dian)路，双(shuang)向(xiang)(xiang)buck电(dian)路，双(shuang)向(xiang)(xiang)Zate-Sepic电(dian)路。

隔离型双向DCDC，在非隔离型双向DCDC转换器的基础上加上一个高频变压器就构成了隔离型双向DCDC转换器，高频变压器两侧的电路拓扑可以是全桥式、半桥式、推挽式等等。这几种隔离型的双向DCDC转换器，采用了更多的功率开关，电压变比大，带电气隔离等优点。但是这类DCDC转换器结构复杂，成本也相对较高，转换器的损耗高，低频时会导致隔离变压器铁芯饱和，损耗会进一步增加。因此，非隔离型双向DCDC转换器比隔离型在电动汽车上运用更具有优势。

DC-DC主板主要有三个组成分

主电(dian)路

又叫做功率模(mo)块(kuai)，是整(zheng)个DCDC的(de)主体。一个典型的(de)全桥型 DCDC 变换器主电路(lu)

 Vin为输(shu)(shu)入(ru)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)，需(xu)要(yao)通(tong)(tong)过(guo)(guo)(guo)DCDC回路(lu)，在输(shu)(shu)出(chu)(chu)端得(de)到(dao)一个(ge)(ge)(ge)需(xu)要(yao)的(de)(de)(de)输(shu)(shu)出(chu)(chu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)。原(yuan)(yuan)边开(kai)关(guan)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)，将(jiang)输(shu)(shu)入(ru)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)调(diao)制(zhi)成(cheng)矩(ju)形波(bo)，这个(ge)(ge)(ge)过(guo)(guo)(guo)程(cheng)主(zhu)要(yao)依靠控制(zhi)器(qi)调(diao)制(zhi)特定(ding)占空比(bi)的(de)(de)(de)PWM波(bo)，用(yong)以(yi)驱动四个(ge)(ge)(ge)开(kai)关(guan)管按照既(ji)定(ding)的(de)(de)(de)顺序(xu)和(he)时间(jian)开(kai)闭，从而实现电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)逆变(bian)过(guo)(guo)(guo)程(cheng)。原(yuan)(yuan)边输(shu)(shu)入(ru)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)可(ke)(ke)以(yi)通(tong)(tong)过(guo)(guo)(guo)占空比(bi)调(diao)节(jie)，占空比(bi)增(zeng)加输(shu)(shu)出(chu)(chu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)也增(zeng)加，占空比(bi)减小输(shu)(shu)出(chu)(chu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)减小。频(pin)率则可(ke)(ke)以(yi)通(tong)(tong)过(guo)(guo)(guo)调(diao)节(jie)开(kai)关(guan)频(pin)率调(diao)节(jie)。T1位变(bian)压(ya)(ya)(ya)器(qi)，变(bian)比(bi)你n。变(bian)压(ya)(ya)(ya)器(qi)既(ji)可(ke)(ke)以(yi)实现电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)气隔离，又可(ke)(ke)以(yi)起到(dao)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)调(diao)节(jie)的(de)(de)(de)作用(yong)。一个(ge)(ge)(ge)固(gu)定(ding)的(de)(de)(de)原(yuan)(yuan)边线圈匝数(shu)，副边改变(bian)匝数(shu)，即可(ke)(ke)得(de)到(dao)不同的(de)(de)(de)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)等级(ji)。变(bian)压(ya)(ya)(ya)器(qi)的(de)(de)(de)输(shu)(shu)入(ru)，是经过(guo)(guo)(guo)左(zuo)侧全桥电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)路(lu)逆变(bian)得(de)到(dao)的(de)(de)(de)脉冲矩(ju)形波(bo)，传递到(dao)变(bian)压(ya)(ya)(ya)器(qi)的(de)(de)(de)副边，得(de)到(dao)的(de)(de)(de)是另一个(ge)(ge)(ge)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)(ya)幅值的(de)(de)(de)交流(liu)(liu)正(zheng)弦波(bo)。经过(guo)(guo)(guo)DR1和(he)DR2整流(liu)(liu)以(yi)后，再经由(you)Cf和(he)Rl滤波(bo)处(chu)理，得(de)到(dao)直流(liu)(liu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)，提供给输(shu)(shu)出(chu)(chu)端。

驱动(dong)模块

对于控制(zhi)芯片输出的四路 PWM 驱动(dong)(dong)信号来(lai)说，并(bing)不能直接驱动(dong)(dong)四个功(gong)率开(kai)关管。所以(yi)，一般来(lai)说，开(kai)关电(dian)源是需要(yao)(yao)配(pei)套(tao)一个驱动(dong)(dong)电(dian)路来(lai)驱动(dong)(dong)功(gong)率开(kai)关管。驱动(dong)(dong)电(dian)路种类很多，主要(yao)(yao)由(you)以(yi)下三种:

直接耦合型：控(kong)制(zhi)芯片(pian)的(de)每一路(lu)输(shu)出 PWM 驱动(dong)信号经过由两个三极管(guan)组成的(de)放(fang)大(da)电路(lu)来驱动(dong)功(gong)率开关(guan)管(guan)。此(ci)种方法(fa)无法(fa)实现控(kong)制(zhi)部分与(yu)主电路(lu)的(de)隔(ge)离。

脉冲变压器耦合(he)型驱动电路：此电路(lu)是在(zai)直接耦合型的(de)基础(chu)上(shang)加上(shang)了(le)一个脉冲变压器，实现了(le)控制电路(lu)与主电路(lu)的(de)隔(ge)离。但是这(zhei)种结构的(de)缺点(dian)是，涉(she)及到(dao)变压器的(de)设计、制作等方(fang)面，比较复杂(za)。

驱动(dong)芯片的驱动(dong)电(dian)路(lu)：为了更(geng)加方(fang)便(bian)地来(lai)驱(qu)(qu)动(dong)功(gong)率(lv)开关管(guan)(guan)，很多公司研制出驱(qu)(qu)动(dong)芯(xin)(xin)片，驱(qu)(qu)动(dong)芯(xin)(xin)片可(ke)以输出较大(da)的(de)(de)功(gong)率(lv)，驱(qu)(qu)动(dong)开关管(guan)(guan)，而且随着芯(xin)(xin)片的(de)(de)小型(xing)化发展，现(xian)在(zai)的(de)(de)驱(qu)(qu)动(dong)芯(xin)(xin)片体(ti)积非常小，有各种(zhong)封装形式。利用(yong)驱(qu)(qu)动(dong)芯(xin)(xin)片对功(gong)率(lv)开关管(guan)(guan)驱(qu)(qu)动(dong)，这(zhei)种(zhong)方(fang)法比较简单，但是控制电路(lu)与主(zhu)电路(lu)仍然没有实现(xian)隔(ge)离。

控(kong)制(zhi)模(mo)块

主电(dian)路的(de)反馈主要有三种控(kong)(kong)制(zhi)模(mo)式(shi)(shi)：电(dian)压控(kong)(kong)制(zhi)模(mo)式(shi)(shi)，峰值电(dian)流控(kong)(kong)制(zhi)模(mo)式(shi)(shi)，平均(jun)电(dian)流控(kong)(kong)制(zhi)模(mo)式(shi)(shi)。

电压(ya)控制模式：属于电(dian)压(ya)反(fan)馈(kui)，利用输(shu)(shu)出(chu)(chu)电(dian)压(ya)进(jin)行校正，是单(dan)环反(fan)馈(kui)模(mo)式(shi)(shi)，输(shu)(shu)出(chu)(chu)电(dian)压(ya)采样与(yu)输(shu)(shu)入(ru)基准电(dian)压(ya)比(bi)较(jiao)，得到(dao)的(de)输(shu)(shu)出(chu)(chu)信(xin)号与(yu)一(yi)锯齿波(bo)电(dian)压(ya)比(bi)较(jiao)，输(shu)(shu)出(chu)(chu) PWM波(bo)信(xin)号。电(dian)压(ya)控(kong)制模(mo)式(shi)(shi)设计以(yi)和运用都比(bi)较(jiao)简单(dan)，但是电(dian)压(ya)控(kong)制模(mo)式(shi)(shi)没(mei)有对输(shu)(shu)出(chu)(chu)电(dian)流进(jin)行控(kong)制，有一(yi)定的(de)误差存在，并且输(shu)(shu)出(chu)(chu)电(dian)压(ya)先经过电(dian)感以(yi)及电(dian)容的(de)滤波(bo)，使得动(dong)态(tai)响(xiang)应(ying)比(bi)较(jiao)差。

峰值电流控制模(mo)式：峰值电流控制模式与电压(ya)控制模式的(de)区(qu)别在于，峰值电流控制模式中，把电压(ya)控制模式的(de)那一路锯(ju)齿波形，转换成了(le)电感的(de)瞬(shun)时电流与一个小锯(ju)齿波的(de)叠(die)加。但是电感的(de)瞬(shun)时电流并不能表示平均电流的(de)情况。

平均电(dian)流(liu)控制模式(shi)：属于(yu)双(shuang)环(huan)控(kong)制方式，电压环(huan)的(de)(de)输出信(xin)号作为(wei)基准电流(liu)(liu)与电感(gan)电流(liu)(liu)的(de)(de)反馈(kui)信(xin)号比(bi)较(jiao)。设置误差放(fang)大器，可以平均化(hua)输入电流(liu)(liu)的(de)(de)一(yi)些高频(pin)分量，输出的(de)(de)经过平均化(hua)处理的(de)(de)电流(liu)(liu)，再与芯片产生(sheng)的(de)(de)锯(ju)齿波(bo)进行比(bi)较(jiao)，输出合适的(de)(de) PWM 波(bo)形。

电(dian)感电(dian)流(liu)和电(dian)容电(dian)压因(yin)此需要对(dui)两个变量(liang)都要进(jin)行PID整定，一个典型(xing)的(de)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)流(liu)程如下图所示。控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)模块是由两个PID控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)器组(zu)成，分(fen)别是电(dian)压控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)外环(huan)和电(dian)流(liu)控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)内(nei)环(huan)，在流(liu)程图中(zhong)给出一个参考电(dian)压，设(she)计合理的(de)参数，就(jiu)可以很快(kuai)速的(de)达(da)到控(kong)制(zhi)(zhi)(zhi)系统的(de)目的(de)。