利用48V-1V轉換實現(xiàn)汽車穩(wěn)定運行的GaN變換器

在現(xiàn)代，電動汽車的需求與日俱增。電動汽車的本質要求是節(jié)能，同時也要像非電動汽車一樣強大。電力需求的增加促使電動汽車制造商開發(fā)新技術，幫助電動汽車達到3KW的容量。本文介紹了一種利用48V-1V轉換實現(xiàn)汽車穩(wěn)定運行的GaN變換器。該部件的目的是為了提供一個高效的轉換器，顯示車輛的動態(tài)性能。此外，它還通過消除電感電流損耗提高了系統(tǒng)的效率，并提供了飛行電容器電壓的自平衡。

不同的功率轉換架構

現(xiàn)代電動汽車的功率轉換范圍從48V到0.8V不等，這就要求一個高效的功率轉換系統(tǒng)，能夠根據汽車控制器的要求，根據不同的輸入范圍提供精確的輸出電壓。有兩種不同的方法可實現(xiàn)此項：多級體系結構；單級體系結構。

多級功率轉換系統(tǒng)采用級聯(lián)轉換系統(tǒng)，采用開關速度快、電壓要求低的小型器件。該技術對汽車的性能有積極的影響。多級功率轉換技術的一個缺點是效率降低。

單級功率轉換是利用先進的GaN半導體器件實現(xiàn)的一種單級dc-dc功率轉換技術，它提供了更高的效率，但需要先進的控制系統(tǒng)來提供精確的瞬態(tài)電壓。在混合Dickson變換器中，采用基于電容器的準固定頻率（QFF）谷電流控制方案，可以實現(xiàn)這一目標。由于電容器的密度高，因此它們的偏差小，損耗小。這些轉換器稱為混合開關電容轉換器。

傳統(tǒng)的轉換系統(tǒng)采用電感電流控制系統(tǒng)，它用于檢測交流和直流部分輸入電流，它們具有并聯(lián)電阻，導致了不同類型的傳導損耗。在SC轉換器的情況下，并聯(lián)電阻器串聯(lián)電容，并限制在輸出電感中產生的波紋，以提供高效率和更少的傳導損耗。

混合Dickson變換器

混合型Dickson變換器是一種新型電動汽車的dc-dc變換器。它是一個單級轉換系統(tǒng)，使用基于電容器的QFF電流控制方案。QFF采用鎖相環(huán)（PLL）實現(xiàn)瞬態(tài)響應和輸出自平衡。它的輸入范圍是24伏到54伏，提供0.8伏到48伏的輸出。它有不同的頻率范圍，如500千赫、750千赫、1兆赫。在圖1中，你可以看到一個基于GaN的6:1混合Dickson轉換器。上面顯示的紅色PCB是主電源板。它安裝了不同的GaN半導體器件（epc2001c、epc2015c、epc2023和epc2032）。綠色的 PCB有一個基于FPGA的控制器，它控制Dickson轉換器的整個操作。其余的電路像不同類型的濾波器一樣，駐留在藍色印刷電路板中。

效率

實驗表明，它的效率隨著負載的增加而降低，例如，在12.5A的負載下，它的效率達到93%，而在40A負載下，效率下降到84%。在較低的輸入電壓（如24V）下效率更高，因為在低電壓下電容和紋波電流損失較小。

負荷變化

負荷變化在轉換過程中出現(xiàn)升壓和降壓時，有兩種不同的趨勢。在負載升壓的情況下，電感電流在升壓過程中始終跟蹤負載電流。這是由于電壓變化造成的，電壓變化較?。ㄘ撦d從2A變化到22A時為25mv）。對于負載降壓，電壓變化很高（負載從22A變化到2A時為60mv）。這是因為在負載下降的情況下，較小的電壓秒數會影響電感。

QFF控制系統(tǒng)

QFF控制系統(tǒng)是一個自平衡系統(tǒng)，它意味著在升壓或降壓轉換過程中發(fā)生的任何頻率或電壓不平衡將在幾毫秒內恢復正常。它還允許快速切換，這增加了Dickson轉換器的瞬態(tài)響應，例如，在從24V升壓到54V的情況下，輸出電壓上會產生紋波，并且隨著輸入電壓的增加，這種不平衡將在9ms內恢復正常。在這種情況下，PLL補償由于施加到輸出電感器上的大電壓而增加的開關時間。

評論

雖然混合Dickson變換器確實將電壓從48V降低到1V，但其效率僅限于91%。有一個兩級結構，抑制了91%的停車效率。為了克服這種效率，達到理想狀態(tài)，混合變換器有效地利用了無源元件。它有效地將電流橋轉換成大的轉換比。它是一個7電平的飛電容多級電路，由FCML完成。很容易轉換電流并開始利用無源元件。FCML通過使用一個輸出電感器、13個開關和其他模塊將電壓轉換為48V到1V。此外，它使用了五個飛電容器，而且還需要一個精確尺寸的電容器，可以很容易地安裝到轉換器中。當轉換時，所有組件都會產生一些復雜性，從而限制轉換器在較重負載下的性能。

結論

因此，我們可以得出這樣的結論：這種Dickson混合動力轉換器使用兩個電感器，提高了汽車的效率，達到了95%，并且可以幫助車輛快速行駛。整個轉換過程和周期確定了變換器提高其輸出電流，并允許交流通過。此外，還介紹了另一個半轉換器使用兩個交錯電感。通過平滑力轉換結構，從而消除兩個自由輪開關，轉換器提高了調節(jié)器的屈服阻抗。與混合型Dickson變換器相比，旋鈕阻抗和電導損失電容兩倍。

整個轉換過程可靠、準確，在一定程度上是可以實現(xiàn)的。

交錯雙產額電感器具有多相交錯設計的優(yōu)點，適用于大電流應用場合，通過飛流電容器的一致狀態(tài)活動來調節(jié)電感。因此，混合式Dickson變換器可以將電壓從48V轉換為1V，從而提高電動汽車的效率。
責任編輯：tzh