电动汽车车载充电机与车载DC DC转换器-王正仕
基于LLC拓扑的宽电压输出车载电源研究
基于LLC拓扑的宽电压输出车载电源研究马灵甫;王腾飞;戴凯奇;王正仕【摘要】针对电动汽车车载DC-DC变换器的设计问题,对车载DC-DC变换器的宽范围应用需求进行了分析,总结了使用LLC拓扑设计宽范围DC-DC变换器的面临的问题,传统的基波分析法设计理论在宽范围DC-DC变换器中引起的误差很大,通过空载的LLC增益分析对其进行了验证.提出了一种结合基波分析法的限制条件与仿真的新设计方法,使得增益分析的误差大大减小,且对效率优化十分有效.最后搭建了一台2 kW的实验样机对理论分析进行了验证,并根据所提出的设计方法给出了电路关键参数的设计流程.研究结果表明:所设计的样机在10％～100％负载下均能实现软开关,且最高效率达到97.1％.%Aiming at the design problem of DC-DC converter in electric vehicle, the wide range of application requirement of vehicle DC-DC converters was analyzed,and the problems of wide range DC-DC converter using LLC topology were summarized. The error caused by the tra-ditional fundamental wave analysis method in a wide range of DC-DC converters was very large, it was verified by no-load LLC gain analysis. A new design method combined with the limitation of fundamental wave analysis and simulation was proposed, which greatly reduced the error of gain analysis and was very effective for efficiency optimization. Finally, a 2kW experimental prototype was built to validate the theoretical analysis. Based on the design method proposed in this paper, the design steps of the key parameters of the circuit were given. The results in-dicate that the prototype can achieve soft -switching under 10％ -100％ load, and the maximum efficiency is 97. 1％.【期刊名称】《机电工程》【年(卷),期】2017(034)008【总页数】5页(P911-915)【关键词】宽范围LLC;DC-DC变换器;车载电源;【作者】马灵甫;王腾飞;戴凯奇;王正仕【作者单位】浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027;浙江大学电气工程学院,浙江杭州310027【正文语种】中文【中图分类】TM919随着人类发展和能源枯竭问题所产生的矛盾日益突出，传统燃油车作为一种不可再生能源的重要消耗途径，正在逐渐被电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)所取代。
20171022_浙大电源学会培训 OBC与DC-DC--王正仕
MCU控制板 TC233
功率板
二、车载双向OBC（续）
关注桥电路上下MOS / IGBT驱动：
1. 驱动电路布线，防止干扰引起的直通故障 2. 驱动电路：负压关断（-5V） 3. MCU与功率电路隔离驱动
桥式电路
自举浮地驱动的干扰问题
关断电压：0V
1. 驱动回路、功率回路，地 线布局，避免干扰。 2. -5V关断
200V-400V
±2V
充电方式
保护 接口 工作环境温度 冷却方式 电流精度/ 分辨率
恒流、恒压 根据电池容量可设定
过压、过流、短路、过温 CAN通讯接口，变换器工作 状态信息输出 -40°～+85°C 水冷 3 % / 200mA <±0.2A
95% @ 220Vac 92% @ 115Vac
98% >0.99 @120VAC >0.98 @230VAC 32A Max
1.shorten the charging time from eight to two hours, 2. reduce the cost by around $2,000.
——Chalmers University of Technology in Sweden.
BCTS工作模式
车载充电（OBC）
典型效率：92%
三、车载DC/DC转换器（续）
（2）移相全桥ZVS变换器
特点
MOS：ZVS有利高效率
Co
副边有电压过冲 电感Ld大电流（220A！）(图 台程朝达对应电感） Ip有环流，变压器发热 一级变换 宽范围调节 输出纹波小，Co的ESR要求低 典型效率：94%
三、车载DC/DC转换器（续）
每一级电路高效率
任务8 车载充电机检测与更换
车载充电机的拆装
任务实施
车载充电机的结构及工作原理
知识学习
➢ 整流电路
全波整流是一种对交流整流的电路。在这种整流电路中，在半个周期内，电流流过一个整流器件（比如晶体二
极管），而在另一个半周内，电流流经第二个整流器件，并且两个整流器件的连接能使流经它们的电流以同一方向
流过负载。全波整流也被称为桥式整流，有专门的元件或用4个二极管，正负半轴都有电流流过，提高了整流效率。
操作准备
• 记录员记录检测数 据。
• 操作员按照标准流 程对车载充电机进 行拆卸。
任务实施
监督与管分理工与计划制定
记录
协助与信息 查询
组内 分工
操作 操作
技能操作
5
分钟
车载充电机的拆装
任务实施
操作准备-制定计划
分组/选组长
工作目标 完成车载充电机拆卸
操作准备
分工与计划制定
技能操作
5
分钟
工作 流程
资料 查询
大小，提高系统的安全性。常用的隔离型DC-DC变压器电路如下图所示。
车载充电机的拆装
任务实施
车载充电机的结构及工作原理
知识学习
➢ 整流电路 流电路是把交流电能转换为直流电能的电路，大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。
电源电路中的整流电路主要有半波整流电路、全波整流电路（桥式整流）。半波整流就是将变压器的次级绕 组与负载相接，中间串联一个整流二极管。半波整流电路图和波形图如下图所示。
根据交流充电时车辆的故障现象，结合交流充电
系统工作原理、车载充电机工作原理和流程以及
相关部件的电路图，对故障原因进行分析，并完
成检修。
技能操作
电动汽车用数字型直流-直流转换器设计
电动汽车用数字型直流-直流转换器设计滕聪; 黄金强; 禄盛; 黄智宇【期刊名称】《《电源技术》》【年(卷),期】2012(36)9【摘要】随着传统汽车污染的不断增加,以电动汽车为代表的新能源汽车迎来了机遇。
而直流-直流(DC-DC)转换器是电动汽车中不可缺少的一种装置。
为了吸纳数字型转换器的优点,以及符合宽范围输入电压的要求,电动汽车中用数字型DC-DC 转换器已经成为新能源汽车领域中一个热门研究。
然而,这种方法需要快速的动态响应。
因此,根据其小信号模型仿真结果设计了一个两级转换拓扑的DC-DC转换器,并且设计了基于汽车级数字芯片控制的硬件电路平台和软件算法程序,并给出了DC-DC转换器的元件参数及测试结果。
结果表明由数字芯片控制的DC-DC转化器是实时可编程的,也满足汽车电子的要求。
【总页数】3页(P1337-1339)【作者】滕聪; 黄金强; 禄盛; 黄智宇【作者单位】重庆邮电大学网络化控制与智能仪器仪表教育部重点实验室重庆400065; 苏州晶樱光电科技有限公司江苏张家港 215613; 重庆邮电大学重庆高校汽车电子与嵌入式系统工程研究中心重庆400065【正文语种】中文【中图分类】TM422【相关文献】1.电动汽车用永磁无刷直流电动机设计方案的自动中文输出 [J], 江赛标;许强强;尹雁和2.电动汽车用外转子永磁无刷直流电动机设计 [J], 江赛标;殷进省;王文博3.电动汽车用外转子永磁无刷直流电动机设计 [J], 江赛标;殷进省;王文博4.电动汽车用无刷直流电机控制器设计 [J], 舒雄;杜荣华;柴健;舒刚华;李亚中5.电动汽车用无刷直流电机控制器设计 [J], 舒雄;杜荣华;柴健;舒刚华;李亚中因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
st双向DCDC解决方案
st双向DCDC解决方案针对OBC、DCDC控制器的测试特点和问题，意昂神州结合多年的测试平台搭建经验，提供通用可靠的OBC、DCDC自动化测试系统。
并以中华人民共和国国家标准QC/T 895-2011电动汽车用传导式车载充电机”、GB/T 24347-2009 电动汽车DC/DC变换器”等法规为基准，提供高覆盖率的测试用例集和全面的测试服务。
根据客户需求，提供灵活的测试系统解决方案：OBC测试系统，只针对OBC进行测试DCDC测试系统，只针对DCDC进行测试OBC、DCDC二合一测试系统，最大化复用相关设备，可分别针对OBC、DCDC进行测试测试系统支持的测试功能：功能逻辑测试：仿真和采集被测控制器所需资源静态电流测试：高精度DVM(6位半)安规测试：绝缘、耐压、等电位测试CAN通信测试：周期报文/触发报文测试对象：OBC、DCDC等。
测试服务意昂神州基于搭建的测试系统，依据国标要求及多年的OBC、DCDC 测试经验，以及丰富的测试用例库，提供全面的产品测试服务，提供定制化的测试服务，测试服务过程主要包括测试策划，测试设计，测试实施和测试交付四个阶段。
强大的自动化测试，提升测试效率和提高产品质量硬件模块化和软件平台化，通过重新配置满足后续平台车型和控制器的测试需求硬件接口资源预留，通过配置满足更多的车型和控制器的测试需求基于专业测试软件创建的自动化测试软件，操作简单，自动生成测试报告专业的技术支持团队，降低用户使用风险。
END意昂神州，专注新能源汽车核心技术研发十多年，致力于为国内外新能源汽车企业提供核心技术研发服务和实验室建设整体解决方案，技术领域涵盖整车电控、电驱系统、电池系统、电子电器、自动驾驶、燃料电池系统。
电动汽车动力电源系统DC／DC变换器的匹配和计算
电动汽车动力电源系统DC／DC变换器的匹配和计算
马洪吉
【期刊名称】《汽车电器》
【年(卷),期】2011(000)010
【摘要】介绍新能源汽车DC／DC变换器在实际应用中的匹配、选型思路及方法。
【总页数】2页(P25-26)
【作者】马洪吉
【作者单位】华泰汽车研发中心,北京102218
【正文语种】中文
【中图分类】U463.63
【相关文献】
1.微型电动汽车DC/DC变换器的计算匹配 [J], 蒋志伟
2.某电动汽车DC/DC变换器的选型计算及匹配验证 [J], 郭静静;吴刚
3.基于储能的双向DC/DC变换器电源系统控制策略 [J], 冯兴田;万满满;韩立博;吴理心
4.应用于电动汽车动力系统的大功率双向DC／DC变换器 [J], 张立伟（译）;俞斌（译）
5.PHEV复合电源系统双向DC/DC变换器建模 [J], 段翔兮; 冯世林; 龙呈; 罗荣森因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
基于车载充电DC_DC变换器研究
基于车载充电DC/DC变换器研究发布时间：2021-12-27T03:45:34.474Z 来源：《科学与技术》2021年27期作者：王孝红[导读] 随着我国经济、科技的快速发展，汽车动力系统也逐渐由传统燃油方式转为电动汽车车载充电形式王孝红浙江嘉科电子有限公司浙江嘉兴314000摘要：随着我国经济、科技的快速发展，汽车动力系统也逐渐由传统燃油方式转为电动汽车车载充电形式，提高汽车运行的可试用性和调配性，采取DC/DC变换器来研究滞后臂零电压开关丢失、输出整流管电压震荡、能源损耗过高等问题，使用同步整流技术结合变压器来分析二极管对电压能源损耗的影响，并计算技术应用效率，提高仿真和模拟性能，DC/DC变压器能够控制周围动态化的干扰，提高抗震性能，抑制变压器变幅的电压振动作用，扩宽复合空间和范围，提高负荷量，广泛应用于车载充电系统当中，带来更好的使用效益。
关键词：车载充电、变换器、研究与进展一、前言在现代化的社会发展背景下，计算机、互联网、大数据逐渐应用于新兴产业当中，整个发展体系逐渐出现能源匮乏、资源紧缺、环境污染等现状，各产业也逐渐追寻新兴生产形势，转变传统资源过度消耗、浪费的现状，利用各种可再生能源实现高效、节能、环保的优势，能够有效以电流直流变换器为核心部分，作为汽车电机的重要组成结构，有效提高能源转换效率并且实现高传输的目标，同时，相比于传统转换开关来讲能够有效减缓损耗高、震动强的问题，提高输出电流的匹配性和稳定性，减少二次损耗。
基于此进行研究，主要采取仿真模型的方式，利用同步整流技术，结合同步整流管来研究导通电阻的额度和功率，在建立仿真模型时有效结合实际应用数据，提高车载充电DC/DC变换器研究的有效性和科学性。
二、车载充电电源现阶段已经推广并应用的车载充电电源主要有两种，第一种是不控整流电路接DC/DC变换器，优势是拓扑谐波高，缺点是功率难以达到使用电流的传输需求。
其次，加入功率因数校准的DC/DC变换器，这种变换器的转换形式能够有效提高功率传输密度，并且能够减少对于周围环境抑制谐波的污染和干扰，有效提高输出精度和密度的要求，适用于不同电机材料电池的充电性能，满足主流市场的使用需求。
车载充电机、DCDC转换器的市场、技术、供应商、整车配套全面剖析
车载充电机、DCDC转换器的市场、技术、供应商、整车配套全⾯剖析本⽂主要从市场、技术、供应商、整车配套关系等⾓度对新能源汽车车载充电机、新能源汽车车载充电机、DC/DC本⽂主要从市场、技术、供应商、整车配套关系等⾓度对转换器进⾏分析。
⽂章分为三部分：车载充电机技术及市场DC/DC转换器技术及市场主流供应商及整车配套关系第⼀部分车载充电机技术及市场车载充电机是新能源汽车必不可少的核⼼零部件，其市场规模随着新能源汽车市场的快速增长⽽扩⼤。
2016年，电动汽车车载充电机市场规模18亿元，未来⼏年随着新能源汽车产量的逐年提升，⼀览众咨询预计到2020年国内电动汽车车载充电机市场规模将达到77亿元。
01车载充电机⼯作原理与传统汽车相⽐较，新能源汽车有三⼤核⼼部件，分别是：“电池”总成：指电池和电池管理系统；“电机”总成：指电动机和电动机控制器；⾼压“电控”总成：包含车载 DC/DC 变换器、车载充电机、电动空调、PTC、⾼压配电盒和其他⾼压部件，主要部件是车载DC/DC 变换器和车载充电机。
电动汽车车载充电机（OBC）是指固定安装在电动汽车上的充电机，具有为电动汽车动⼒电池，安全、⾃动充满电的能⼒，充电机依据电池管理系统（BMS）提供的数据，能动态调节充电电流或电压参数，执⾏相应的动作，完成充电过程。
车载充电机作为⼀个电⼒电⼦系统，主要由功率电路和控制电路组成。
对于功率电路，由变压器和功率管组成的DC/DC变换器是其重要组成部分。
对于控制电路，它的核⼼是控制器，⽤来实现与BMS的CAN通信，并控制功率电路按照三段式充电曲线给锂电池组充电。
当车载充电机接上交流电后，并不是⽴刻将电能输出给电池，⽽是通过BMS 电池管理系统⾸先对电池的状态进⾏采集分析和判断，进⽽调整充电机的充电参数。
图表 1 某车型HV 电⽓系统及CAN ⽹络连接图车载充电机有两⼤部分，电源部分（主回路）和充电机控制主板。
充电机控制住主板主要是对电源部分进⾏控制、监测、计量、计算、修正、保护以及与外界⽹络通信等功能，是车载充电机的“中枢⼤脑”，电源部分主要作⽤是将220伏交流电转化为300多伏的直流电，电源部分⼜分为PFC和LLC两部分，实际上我们可以把PFC看作是AC/DC,⽽把LLC看作是DC/DC。
新能源车载电源三合一结构制造工艺
新能源车载电源三合一结构制造工艺随着电动汽车的普及，新能源车载电源的需求也越来越大。
为了满足车辆的供电需求，新能源车载电源三合一结构应运而生。
本文将介绍新能源车载电源三合一结构的制造工艺。
一、新能源车载电源三合一结构的概述新能源车载电源三合一结构是指集成了DC-DC变换器、电池管理系统和充电器三个功能模块的一体化电源系统。
它可以将车载电池的直流电转换为车辆各个部件所需要的不同电压，同时实现对电池的管理和充电功能。
二、制造工艺步骤1. 设计电源系统架构：首先，需要根据车辆的需求和电源系统的功能，设计出合适的电源系统架构。
这包括确定电源系统的输入电压范围、输出电压等级和电流需求等。
2. 选型和采购器件：根据电源系统的设计要求，选择合适的DC-DC变换器、电池管理系统和充电器器件。
这些器件的选型需要考虑其电气性能、可靠性、成本和可获得性等因素。
3. PCB设计和制造：根据电源系统的设计要求，进行PCB电路板的设计。
在设计过程中，需要考虑电路板的布局、信号与电源的隔离、散热等问题。
完成设计后，将电路板发送给PCB制造厂家进行制造。
4. 组件焊接和装配：收到制造好的电路板后，需要进行器件的焊接和电源系统的装配。
这个过程包括将器件焊接到电路板上、连接电源输入和输出线路、安装散热器和外壳等。
5. 系统测试和调试：完成装配后，对电源系统进行测试和调试。
这包括检查电源系统的输入输出电压是否符合设计要求，以及各个功能模块是否正常工作。
6. 产品封装和质量控制：在测试和调试通过后，将电源系统进行封装，并进行质量控制。
这包括进行产品外观检查、功能验证和寿命测试等。
7. 产品交付和售后服务：最后，将制造好的电源系统交付给客户，并提供售后服务。
在交付过程中，需要对产品进行包装、运输和安装指导等。
三、新能源车载电源三合一结构的优势1. 空间节省：新能源车载电源三合一结构将DC-DC变换器、电池管理系统和充电器集成在一起，可以减小电源系统的体积和重量，节省车辆的空间。
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电动汽车车载充电机(OBC)与车载DC/DC转换器
王正仕
（wzs@）
浙江大学电气工程学院电力电子技术研究所
中国电源学会.世纪电源网工程师交流会
上海，2017年7月8日
内容
一、高性能电动汽车车载充电机(OBC)
二、双向充电机(Bi‐OBC）技术方案
三、车载DC/DC转换器电路拓扑比较
四、充电桩电路方案
王正仕：wzs@ ,
一、高性能电动汽车车载充电机
On-Board-Charger (OBC)
王正仕：wzs@ ,
一、高性能车载OBC
电路结构
PFC—满足网侧要求：PF、THD、宽范围电网 DC/DC—电气隔离、电池端压宽范围
每一级电路高效率
电路拓扑：主流方案
* PFC—满足网侧要求：PF、THD、宽范围电网* DC/DC —电气隔离、电池端压宽范围
* 每一级电路高效率
技术性能内容
功率 3.3kW @220V(AC) ;1.6kW @110V(AC)。
6.6kW, 9.9kW 输入电压范围85-265V(AC)
功率因数（PF）>0.99（典型值）
输入电流THD<4%
额定输出电压360V（DC）
输出电压范围200-400V(DC)
输出电流范围0-12A
整机效率96.3% （典型值）
工作模式恒压、恒流（@ BMS指令或预设充电曲线）
保护功能OVP、OCP、OLP、OTP
支持CAN通讯变换器工作状态与故障诊断
电路方案1：传统桥式PFC+LLC
桥式PFC适合高电网电压，不利于110Vac系统应用的高效率
电路方案2：无桥式PFC+LLC
无桥PFC适合宽范围电网电压，有利于110Vac应用的高效率
差分采样——无桥PFC低成本方案
电路方案3：无桥式PFC+LLC
双变压器LLC，有利于提高功率密度（减低变压器高度） 电力电子电路调试的GUI界面，方便调试
PFC控制框图
I-
V-
PFC控制模型
PFC网侧波形Vac& Is
Lm
LC 串联谐振LLC 谐振？(Lm)
频率范围太宽！
LLC 软开关变换器
Lm 为变压器磁化电感
Lm 减小
LLC 网络的(Vo/Vi)传输
1o r r L C w =?Vo / Vi
w s / w o
m e m e s s m e m
e m e s s m e i o L j R L j R C j L j L j R L j R L j R C j L j L j R V ω+ω⨯+ω+ωω+ω⨯=ω+ω+ωω=1//1//V 1.可升/可降2.增益更陡
f 2f 1
LLC 设计要点
211
1/r r L C w =?1. 效率优化点频率位置f 2
2.变压器变比Np:Ns, Vi/Vo, fs@ f2,考虑电压与负载宽范围
3. Lm:Lr, 结合宽范围要求
4. Lr&Cr, 考虑谐振Q 值、Cr 耐压
ZVS
ZCS
性能：充电机效率
二、双向充电机(Bi-OBC）技术方案
王正仕：wzs@ ,
二、6.6kW
车载双向充电机(Bi-OBC ）电路拓扑
特点：
正向充电6.6kW 反向逆变3.3kW 供车220VAC 两个3.3kW 模块并联模块化汽车级器件数字化控制
:400V /320V-400V
内容指标
内容指标输入电压85V ‐265V AC/45‐65Hz 电流纹波1A pk‐pk
输入电流24‐30A （32A Max ）
最大输出功率 6.6kW @230VAC ，3.3kW
@115VAC 输出电压200V‐400V 充电方式恒流、恒压、根据电池容量
可设定电压精度/分辨率
±2 V
保护过压、过流、短路、过温系统效率95% @ 220Vac 92% @ 115Vac
接口CAN 通讯接口，变换器工作
状态信息输出
PFC 效率98%
工作环境温度‐40～+85°C
功率因数（PF ）>0.99 @120VAC,>0.98
@230VAC
冷却方式水冷（水温度‐40～+75°C ）
最大输出电流32A Max 运行时间15000小时电流精度/分辨率
3 % / 200mA <±0.2A
防水等级
建议IP67
技术指标
二、车载双向OBC （续）
采用（英飞凌）器件
serial number type Main characteristic Footprint quantity 1IKW40N65F5A IGBT 40A 650V TO‐24712 2TC234MCU 100M TQFP1441
3TLE4284DV Voltage Regulator 15V TO‐2522
4TLE4275V50Voltage Regulator 5V TO2631
5AUIRS2191S Half Bridge Drive SO‐168
6AUIRB24427S Drive Two MOSs SO‐81
7IPW65R048CFDA
IPW65R080CFD
MOSFET48mohm
650V/80mohm 650V
TO‐2476
8IDW30E65D1Diode 30A 650V TO‐2476 9TLE7368Power manager1 10TLE6250CAN收发器1
二、车载双向OBC （续）
反向变换效率
关键技术：双向LLC变换器、双向宽范围、双向高效率
固有谐振频率(fr)计算
王正仕：wzs@ ,
：
折算：
总电容：固有频率：
三、车载DC/DC转换器电路拓扑比较
王正仕：wzs@ ,
（1）全桥PWM 硬开关变换器
特点
硬开关工作，效率较低
副边有电压过冲
Co
电感Ld大电流（220A！）
一级变换
宽范围调节
输出纹波小，Co的ESR要求低
典型效率：92%
（2）移相全桥ZVS 变换器
特点
MOS：ZVS，有利高效率
副边有电压过冲
Co
电感Ld大电流（220A！）
Ip有环流，变压器发热
一级变换
宽范围调节
输出纹波小，Co的ESR要求低
典型效率：94%
（3）LLC变换器（ZVS，ZCS）
特点
LLC MOS:ZVS；D:ZCS；有利高效率二级变换
不需要大电流输出电感输出纹波大，Co的ESR要求高对二极管要求低（ZCS）
典型效率> 95.5%
王正仕：wzs@ ,
主要指标
内容
功率
3kW
输入电压范围200-400VDC, 340V Normi 输出电压范围9-16VDC ，13.8V Normi 输出电流范围0-220A DC
综合效率>95%@75%以上负载，>92%@50%负载，>90%@25%负载
保护功能OVP 、OCP 、OLP 、OTP 支持CAN 通讯变换器工作状态与故障诊断信息冷却方式
水冷
技术指标
三、车载DC/DC 转换器（续）
采用器件
实物样机照片
3kW车载高效率DC/DC转换器
90%91%92%
93%
94%
95%
96%
97%
98%
3006009001200150018002100240027003000
效率负载（W ）Vo=13.8V 效率曲线
200V
340V 400V
效率vs 功率
三、车载DC/DC 转换器（续）
四、充电桩电路方案三相维也纳整流PFC 2个LLC DC/DC 串并联
三相
AC
锂电池
Vdc 400V 400V
功率：15kW~60kW(120kW)
采用多模块并联
欢迎交流！
2017年7月8日
上海.兴华宾馆。