新能源汽车论文

毕业论文

题目：新能源汽车DC/DC模块所属系部：

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指导教师：

20 年12 月18 日

指导教师签字：教研室主任签字:

年月日

摘要

直流变换器(DC/DC)是依靠功率半导体器件将一个直流电源变换为另一个直流电源的功率电子电路。就电路结构而言，DC/DC变换器可分为直接变换器和间接变换器两种类型。直接变换器无变压器的介入，比如应用在直流电动机控制的DC/DC变换器，常称为直流斩波器;间接变换器利用脉冲变压器隔离输入直流电源和载，常应用在高频开关电源中。在新能源汽车中，DC/DC变换器将动力电池组的高电压变换为低电压，一方面为汽车低压电器供电，另一方面向低压蓄电池提供充电电流。

通过PWM技术控制功率半导体器件的导通和关断时间，连续调节DC/DC变换器输出的直流电压，可实现输入/输出电压之间的下降或上升。因此，DC/DC变换器可分为降压变换器、升压变换器和升降压变换器。

关键词：DC/DC组成；DC/DC原理；应用

目录

摘要 (1)

1 DC/DC系统的组成 (1)

1.1主电路 (1)

1.2 驱动模块 (1)

1.3控制模块 (2)

2 DC/DC的原理及分类 (2)

2.1 DC/DC电路工作原理 (2)

2.2 DC/DC电路控制信号 (3)

2.3 DC/DC降压变换器 (4)

2.3.1 DC/DC降压变换器的电路结构 (4)

2.3.2 DC/DC 降压变换器的工作原理 (5)

2.4 DC/DC升压变换器 (6)

2.4.1 DC/DC升压变换器电路的结构 (6)

2.4.2 DC/DC升压变换器的原理 (6)

2.5 DC/DC升降压变换器 (7)

2.5.1 DC/DC升降压变换器的电路结构 (7)

2.5.2 DC/DC升降压变换器的工作原理 (7)

2.6 DC/DC隔离型 (8)

2.7 DC/DC非隔离型 (8)

3 DC/DC变换器在汽车上的应用 (8)

3.1高低压转换器（辅助功率模块） (8)

3.2 12V电压稳定器 (9)

结论 (9)

参考文献 (9)

1 DC/DC系统的组成

1.1主电路

主电路又叫做功率模块，是整个DC/DC的主体。一个典型的全桥型DC/DC 变换器主电路拓扑如下图1所示。

图1 DC/DC变换器主电路

图1中，Vin为输入电压，需要通过DC/DC回路，在输出端得到一个需要的输出电压。原边开关电路，将输入电流调制成矩形波，这个过程主要依靠控制器调制特定占空比的PWM波，用以驱动四个开关管按照既定的顺序和时间开闭，从而实现电流逆变过程。原边输入电压可以通过占空比调节，占空比增加输出电压也增加，占空比减小输出电压减小。频率则可以通过调节开关频率调节。T1位变压器，变比你n。变压器既可以实现电气隔离，又可以起到电压调节的作用。一个固定的原边线圈匝数，副边改变匝数，即可得到不同的电压等级。变压器的输入，是经过左侧全桥电路逆变得到的脉冲矩形波，传递到变压器的副边，得到的是另一个电压幅值的交流正弦波。经过DR1和DR2整流以后，再经由Cf和Rl 滤波处理，得到直流电，提供给输出端。

1.2 驱动模块

对于控制芯片输出的四路PWM驱动信号来说，并不能直接驱动四个功率开关管。所以，一般来说，开关电源是需要配套一个驱动电路来驱动功率开关管。驱

动电路种类很多，主要由以下三种:

直接耦合型：控制芯片的每一路输出PWM驱动信号经过由两个三极管组成的放大电路来驱动功率开关管。此种方法无法实现控制部分与主电路的隔离。

脉冲变压器耦合型驱动电路：此电路是在直接耦合型的基础上加上了一个脉冲变压器，实现了控制电路与主电路的隔离。但是这种结构的缺点是，涉及到变压器的设计、制作等方面，比较复杂。

驱动芯片的驱动电路：为了更加方便地来驱动功率开关管，很多公司研制出驱动芯片，驱动芯片可以输出较大的功率，驱动开关管，而且随着芯片的小型化发展，现在的驱动芯片体积非常小，有各种封装形式。利用驱动芯片对功率开关管驱动，这种方法比较简单，但是控制电路与主电路仍然没有实现隔离。

1.3控制模块

主电路的反馈主要有三种控制模式：电压控制模式，峰值电流控制模式，平均电流控制模式。

电压控制模式：属于电压反馈，利用输出电压进行校正，是单环反馈模式，输出电压采样与输入基准电压比较，得到的输出信号与一锯齿波电压比较，输出PWM波信号。电压控制模式设计以和运用都比较简单，但是电压控制模式没有对输出电流进行控制，有一定的误差存在，并且输出电压先经过电感以及电容的滤波，使得动态响应比较差。

峰值电流控制模式：峰值电流控制模式与电压控制模式的区别在于，峰值电流控制模式中，把电压控制模式的那一路锯齿波形，转换成了电感的瞬时电流与一个小锯齿波的叠加。但是电感的瞬时电流并不能表示平均电流的情况。

平均电流控制模式：属于双环控制方式，电压环的输出信号作为基准电流与电感电流的反馈信号比较。设置误差放大器，可以平均化输入电流的一些高频分量，输出的经过平均化处理的电流，再与芯片产生的锯齿波进行比较，输出合适的PWM波形。

2 DC/DC的原理及分类

2.1 DC/DC电路工作原理

DC/DC电路主要工作方式是脉宽调制(PWM)工作方式，基本原理是通过开关管把直流电斩成方波(脉冲波)，通过调节方波的占空比(脉冲宽度与脉冲周期之比)来改变电压。

如图2所示输入电压U通过开关与负载串联，当开关闭合时，输出电压等于输入电压，U。=U;而当开关断开时，输出电压等于零，U。=0。得到基本电压变换电路的输出电压波形。

用可控的功率开关管代替开关，输入一定的控制信号，控制电路的交替通断，获得可调的输出电压，达到降压的目的。如图3所示是基本斩波与输出电路波形。

图2 输入电压U通过开关与负载串联和输出电压波形

图3 基本波形与输出电路波形

2.2 DC/DC电路控制信号

(1)脉冲宽度调制(PWM)即维持 Ts不变，改变Ton。在这种控制方式中，输出电压波形的周期或频率是不变的，因此输出谐波的频率也是不变的，这使得滤波器的设变得较为容易，并得到普遍应用。