比亞迪驅(qū)動復(fù)用升壓充電原理基礎(chǔ)

比亞迪e3.0發(fā)布的時候提到了“驅(qū)動復(fù)用，升壓充電”，也就是用電驅(qū)動替代傳統(tǒng)DC-DC電路，實現(xiàn)500V充電樁直接給800V電池充電。

了解這個之前，先回顧電路的基礎(chǔ)知識，先從降壓電路開始。

假設(shè)一個電源是100V，一個負(fù)載（假設(shè)是一個阻抗5歐姆的燈泡）額定電壓只需要50V，怎么辦？

有人說這個好辦，根據(jù)電阻串聯(lián)分壓原理，串聯(lián)一個5Ω的電阻不就行了，這樣負(fù)載的電壓就是100×5/（5+5）=50V

那么，問題就來了，整個電路電流=100/（5+5）=10A

負(fù)載功率=500W，電阻功率=500W，整個電路1000W的功耗，結(jié)果只有50%是用來干活，另外50%被浪費掉了，這種電路的效率也未免太低。

后來人們發(fā)明了開關(guān)電源，用電力電子的方法解決了這個問題。

電力電子的基本思想是“等效”。開關(guān)電源基于這個思想被發(fā)明了出來。

通過一個開關(guān)，兩個觸點1和2，在一個周期T的時間內(nèi)，先將開關(guān)撥到1，負(fù)載聯(lián)通，此時負(fù)載兩端的電壓v（t）等于電源電源Vg，持續(xù)DT（D＜1，稱為占空比，表示開關(guān)電源一個周期內(nèi)通電時間的占比）時間后，切換到觸點2，此時負(fù)載被斷路，電壓變?yōu)?。然后下個周期再把開關(guān)切回1，持續(xù)DT，再切到2。。。如此循環(huán)，那么對于負(fù)載而言，平均電壓Vs就等于每個周期內(nèi)導(dǎo)通的時間除以周期的總時間然后乘以母線電壓，即Vs=DVg，這個很好理解，畢竟電源的每個周期只有占比D的時間在工作。

如果電路中沒其他損失的話，電源理論效率可以做到100%！

但是這樣還不行，這個電源的輸出到負(fù)載的電壓一會兒Vg，一會兒是0，波動太劇烈。如果耐壓扛不住，燈泡說不定就炸了。而且在每個周期，階段2時間內(nèi)，電壓完全沒有，表現(xiàn)出來就是燈泡忽明忽暗。。。

有沒有辦法能夠讓這個過程平滑一點？

人們想到了電感和電容，電感和電容都是儲能元器件，一個可以儲存電荷（讓電壓平滑），一個可以儲存磁場（讓電流平滑）。

這樣是不是看起來舒服多了？

看一個12V轉(zhuǎn)5V的例子（B站up主：愛上半導(dǎo)體）

在一個周期內(nèi)5/12的時間，開關(guān)閉合，此時電流流過電感，電容，負(fù)載，此時二極管電位上高下低，二極管阻斷，沒有電流流過，電感上會感應(yīng)出一個左正右負(fù)的電壓，使得負(fù)載電壓達(dá)不到12V，負(fù)載上的電壓波形如上圖右側(cè)。

然后在剩余7/12的時間內(nèi)，開關(guān)斷開，在開關(guān)斷開的一瞬間，電感上感應(yīng)出一個維持電路中電流的左負(fù)右正的電壓，二極管電位此時是上負(fù)右正，導(dǎo)通，此時電路中的電感相當(dāng)于電源，還沒等到電感中能量耗盡，開關(guān)又閉合了，又開始了新的一輪充電，負(fù)載電壓又被抬了起來。。。

最終電源輸出到負(fù)載端的電壓波形如下：

這個5V的電壓，就平滑多了，實際電路中，選擇合適的開關(guān)頻率，電感和電容值，可以把波動降低到0.02V以內(nèi)，幾乎就是一條直線。

還有一個問題，開關(guān)的高速開通和斷開怎么實現(xiàn)？用人的手當(dāng)然是不可能的，每秒開關(guān)幾千次，人們發(fā)明了晶體管，通過MOSFET，IGBT等，可以實現(xiàn)。

以上的這種直流轉(zhuǎn)直流（DC-DC）的降壓電路也被成為Buk電路。

了解了降壓電路，再來理解直流升壓電路（DC-DC boost）就方便了。

開關(guān)斷開前，此時電流流過電感，電容

當(dāng)開關(guān)斷開時，此時由于負(fù)載阻抗較大，流過電感的電流要降低，電感感應(yīng)出一個維持電流的電壓，疊加到負(fù)載上。輸出波形如下圖

當(dāng)開關(guān)再次閉合，此時電路左邊相當(dāng)于被短路，電源電流不再流過負(fù)載，負(fù)載此時只能靠電容放電來維持電壓和電流，負(fù)載端的電壓開始下降。

此時負(fù)載端的電壓波形是這樣的：

如此反復(fù)開關(guān)，最終波形這樣：

選擇合適的電感，電容，開關(guān)頻率和占空比，就能得到平滑的輸出電壓

電壓增益（升壓倍率）和占空比有關(guān)，輸出電壓v=Vg×1/（1-D）

如果是要將5V電壓升到12V，那么占空比D=7/12，即每個周期內(nèi)，開關(guān)晶體管要在7/12的時間導(dǎo)通，5/12的時間斷開。

學(xué)習(xí)回顧下DC-DC降壓電路（buk）和升壓電路（boost），后面再學(xué)習(xí)比亞迪的這個驅(qū)動復(fù)用技術(shù)和廣汽，華為的相關(guān)專利。

審核編輯：湯梓紅