新兴混动汽车和电动汽车直流对直流转换器设计与测试解决方案
白皮书
新兴混动汽车和电动汽车直流对直流 - 转换器设计与测试解决方案
全球汽车直流对直流 (DC-DC) 转换器市场预计到 2026 年将增长到 170 亿美元的规模。这标志着从 2021 年到 2026 年的复合年增长率将会超过 10%1。直流对直流转换器是车辆上的一个必备零部件，它通过转换电压为各种车载系统供电，例如越来越复杂的信息娱乐系统，以及使用先进驾驶辅助系统 (ADAS) 的增强型安全系统。电动汽车 (EV) 无论是纯电型还是混动型 (HEV) 的日益普及，也在刺激着直流对直流转换器的需求迅猛增长。我们现在来看看哪些行业趋势和技术有助于推动更高效直流对直流转换器的发展。
混动汽车和电动汽车有许多架构上的差异。图 1 和图 2 显示了这两种架构的简化示意图。强混动（或并 行混动）和纯电动汽车的电气化动力总成都是由大容量电池提供的高电压(HV) 总线来驱动的。
逆变器和电动机/发电机的功率电平最低大约 60 kW，最高可以超过 180 kW。除了大容量锂电池以外，另外一项重大投资就是开发这些架构。大多数组件都是双向的，允许电力从电池流向逆变器，使电动机开始转动和推动汽车运动起来（牵引驱动）。而在减速时，汽车的动量又驱使发电机转动，再通过逆变器回收电力并为电池重新充电（再生制动）。
在中度混动 (MH) 汽车中，电动机/发电机、逆变器和电池也都是双向的。它们虽然不足以完全独立驱动汽车（像在混动汽车或电动汽车中一样），但仍然可在加速期间为发动机补充电力，并在减速时为电池重新充电。中度混动汽车的电压电平通常是 48 V，可使高电压总线保持在 60 V 的安全额定电压内，也能以相同的额定电流为 12 V 总线提供四倍的电力。
直流对直流转换器是这两种架构中的关键组件，它将高电压总线（中度混动汽车为 - 48 V；电动汽车/混动汽车为 100 V）转换为传统的 12 V 电力总线，后者为大多数电子负载供电。我们要讨论的重点是直流对直流转换器的仿真、设计、调试、验证和制造测试。
在强混动汽车或电动汽车应用中，直流对直流转换器的作用是将高电压总线中的电力转换到 12 V，从而为 12 V 电池充电。目前还没有将 12 V 总线的电力“提升”到高电压总线的应用，因此这些架构中的直流对直流转换器基本都是单向的。然而，在中度混动架构中，直流对直流转换器除了要从 48 V 总线为 12 V 电池充电外，还需要将 12 V 总线中的电力转换到 48 V 总线。主要的应用是，在使用接触器将 48 V 电池连接到该总线之前对 48 V总线（即逆变器的输入电容）进行预充电。预充电对电池电压和逆变器输入进行均衡，从而能最大程度减小接触器的电弧现象。
随着这两种架构的市场不断发展，高压总线上还会增加新的负载。高压总线上的负载通常比低压总线上的负载效率更高。此外，电子负载仅在需要时（比如泵）进行电子控制和通电，效率远超机械负载，因为后者与机械动力总成始终保持连接。随着越来越多的负载过渡到使 用高压总线，这就可能额 外产生将 12 V 总线上的电力提升到高压总线的需求。例如，锂离子电池在低温下性能不佳。因此，当发动机启动器由高压总线供电时，采用 12 V 铅酸电池就会多有益处。因为它具有良好的冷启动能力，可以通过直流对直流转换器将电力返回到高压总线，帮助启动器驱使发动机开始运转。
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