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DC-DC tecnologie convertitori per Elettrico / Ibrido veicoli elettrici

DC-DC convertitori impiegano molte topologie differenti

auto elettriche vendute in più quelle con motori a combustione interna (ICE) all'inizio del 1900 ma vent'anni dopo, loro era tutto tranne scomparso. Ora, in risposta ai prezzi elevati del gas e agli standard obbligatori di emissioni e prestazioni del carburante, sono tornando indietro. alcuni di loro sono prodotti da case automobilistiche e alcuni sono conversioni da un'auto del ghiaccio ai veicoli elettrici, ma in qualsiasi veicolo con una tensione della batteria superiore rispetto a veicoli tradizionali, conversione dc dcè parte integrante della potenza automobilistica elettronica.

di Keith Nardone, direttore, sviluppo aziendale e tom Curatolo, direttore, ingegneria delle applicazioni, Vicor società

tecnologie convenzionali
al momento, ovviamente, DC-DC convertitoriimpiegare progetti tecnologici esistenti, un aspetto fondamentale di quale è, ad esempio, topology. DC-DC convertitori impiegano molte topologie differenti, nessuna delle quali è superiore a tutti altri in ogni rispetto. alcune applicazioni hanno requisiti che sono meglio soddisfatti da una topologia. Sebbene piena considerazione del gran numero di topologie disponibili potrebbe essere un compito arduo, è utile considerare i vantaggi e gli svantaggi delle due principali classi topologiche: frequenza fissamodulazione di larghezza di impulso (PWM) e frequenza variabile quasiresonant commutazione a corrente zero (ZCS).
Di il due, PWM può essere un po 'più semplice nel design, ma intrinsecamente scambia l'efficienza con frequenza di funzionamento, entrambi parametri importanti per i veicoli elettrici (EV) o ibridi (HEV). Alta frequenza il funzionamento è stato a lungo riconosciuto come una delle chiavi principali per ottenere un'elevata densità di potenza . es. magneti, filtri e condensatori più piccoli . in modalità switch convertitori. Con fixedfrequency switchmode convertitori, tuttavia, le perdite di commutazione aumentano direttamente con frequenza di funzionamento, risultante nel posto giusto quale limita la potenza la densità Frequenza variabile i convertitori superano la barriera di frequenza facendo in modo che ogni accensione e spegnimento dell'interruttore si verificano a zero corrente.
una seconda grande differenza tra frequenza fissa e frequenza variabile DC-DC convertitori è il rumore . ancora una volta, un parametro importante per EVs / HEVs . generato dall'interruttore . Il difficile commutazione di PWM genera più rumore di la commutazione morbida di ZCS.
Oggi, il EV / HEV DC-DC convertitore l'applicazione è la conversione da una batteria ad alta tensione fino a 12 volt tensione tipica dell'auto, sebbene tensioni più elevate, come 42 volt per il servosterzo, possono essere richieste DC-DC convertitori . generalmente personalizzato . usato in questo l'applicazione ha tipicamente ingressi di 250 - 450 Volt, uscite regolabili da 12,5 a 15,5 Volt e potenze di uscita da 250 da 3.5 kW. Il misure e pesi disponibili DC-DC convertitorivariano sostanzialmente, a seconda della frequenza operativa, ovviamente, ma anche in una certa misura dagli ingressi e dalle uscite di tensione e
Con topologie convenzionali, le efficienze sono in genere comprese tra 80 e 90 %, ma è probabile che le efficienze della linea bassa siano forse quattro o cinque punti percentuali inferiori. di conseguenza, AC-DC e alcuni wide-range I prodotti dc dc devono essere declassati sulla linea bassa.
Alta tensione / alta potenza la conversione nei veicoli è in una fase iniziale. molte sfide tecniche ed economiche devono essere risolte per ev e HEV applicazioni. Il sfide tecniche per un tale convertitore . molti di loro interrelato . includere dimensioni, peso, efficienza, compatibilità elettromagnetica / interferenza elettromagnetica (EMC / EMI), affidabilità, isolamento ad alta tensione, calore rimozione / gestione termica, e costo. in aggiunta, naturalmente, è un dato di fatto prestazioni affidabili negli ambienti di caldo, freddo, urti e vibrazioni di un veicolo stradale.
tecnologie avanzate
DC-DC convertitori per i futuri SVE e HEV richiedono alta densità di potenza, efficienza e scalabilità che non possono essere conveniente supportato da convertitori di massa a bassa frequenza design. mentre un 2 kw DC-DC convertitore può essere un obiettivo di progettazione comune, fascia alta i veicoli richiedono più potenza, mentre più piccoli DC-DC convertitori con potenze inferiori sarebbe fornire un costo inferiore per entry-level evs e HEVs. A far fronte con questo ampiezza delle esigenze di alimentazione, una metodologia di sistema di alimentazione flessibile e scalabile che utilizza convertitori modulari ad alta densità di potenza in grado di conversione efficiente del bus, isolamento e regolazione della tensione consentiranno maggiori prestazioni e un time-to-market più rapido, conveniente.
tali tecnologie avanzate sono disponibili o in linea ora. Questi I motori di conversione della potenza possono supportare una distribuzione efficiente dell'energia elettrica ad alta tensione all'interno dei veicoli e fornire vantaggi chiave al progettista del sistema di alimentazione, tra cui dimensioni ridotte, peso ridotto, alta densità di potenza, alta efficienza, flessibilità di progettazione e risposta rapida alle mutevoli esigenze elettriche.
Nello specifico, nuove tecnologie di conversione di potenza . sotto forma di DC-DC motori di conversione di potenza . che promettono soluzioni avanzate per EV / HEV veicoli includono:
Tensione zero commutazione (DC / ZVS) DC-DC convertitori con 95 % efficienza a 1 kW / in3 potenza densità; ZVS Buck-Boost regolatori con > 97 % rendimento a 1 kW / in3; e ampiezza sinusoidale Converter ™ alta tensione (SAC HV) convertitori bus con 97 % efficienza a 1 kW / in3.
DC / ZVS DC-DC convertitori
commutazione a tensione zero a doppio morsetto (DC / ZVS) convertitori (Figura 1) hanno la capacità di fornire un'uscita regolata da una gamma di input molto ampia. I sistemi di alimentazione a celle adattive implicano una molteplicità di convertitori configurati in un array per fornire un'ampia gamma, ad alta tensione, potenza elaborazione. un blocco convertitore utilizza tipicamente due celle del convertitore accoppiate magneticamente che sono configurate selettivamente in serie o in parallelo (Figura 2). in entrambe le configurazioni, common-mode il rumore viene essenzialmente annullato, eliminando una sfida di filtraggio importante per EV e HEV.


topologie cellulari adattive incorporate in DC / ZVS DC-DC convertitoriper EV / HEV DC-DC convertitorele prestazioni possono includere un convertitore di ampiezza sinusoidale (SAC) cellule. i motori sac utilizzano tensione zero / corrente zero commutazione per eliminare commutazione perdite. eliminando la perdita di commutazione, il sacco può essere utilizzato in modo efficiente a frequenze relativamente alte, tipicamente nell'intervallo mhz, con il risultato di un prodotto più piccolo size. l'alta frequenza operativa consente la miniaturizzazione di molti componenti, aumentando la potenza densità I convertitori a commutazione morbida che funzionano ad alta frequenza riducono al minimo anche le interferenze elettromagnetiche (EMI) e i componenti di filtraggio richiesti da hard-switching convertitori funzionanti a bassa frequenza.
Il Il motore sac viene tipicamente utilizzato per fornire la conversione del bus a rapporto di tensione fisso con HV isolamento. Il DC-ZVS il motore fornisce DC-DC conversione con regolamento e isolamento. le figure 3 e 4 mostrano l'efficienza e le prestazioni del ripple di uscita per DC / ZVS convertitori configurati in un multi-kW array.


ZVS Buck-Boost regolatori
ZVS buck-boost i regolatori forniscono un'uscita regolata da un ingresso non regolamentato sorgente. ZVS buck-boost i regolatori possono essere usati da soli, come non isolati regolatori di tensione, o combinati con moltiplicatori di corrente sac per creare isolati DC-DC convertitori . Il regolatore può essere "fattorizzato" lontano da moltiplicatori di corrente sac per fornire una maggiore densità nel punto di carico supportando una distribuzione efficiente dell'alimentazione e un risparmio di peso e costo del conduttore. in combinazione, questi i motori si attivano DC-DC convertitoresistemi con densità, flessibilità ed efficienza significativamente superiori rispetto a convertitori convenzionali.
ZVS buck-boost capacità del regolatore includono:
• tensioni di ingresso e di uscita fino a 650 Vdc
• fino a 5: 1 intervallo di tensione in ingresso
• fino a 5: 1 aumento della tensione / rapporto di riduzione
• efficienza di conversione fino a 98 %
• scalabile da centinaia di watt a kiloWatt.
una topologia di commutazione morbida unica e ZVS architettura di controllo abilita HV funzionamento a 1 MHz. i regolatori possono essere messi in parallelo per ottenere una maggiore potenza di uscita una caratteristica dell'architettura di controllo del regolatore è che la sua sequenza di commutazione non cambia né in modalità buck né in modalità boost . solo la durata relativa delle fasi all'interno di ciascun ciclo di funzionamento viene controllata per effettuare l'aumento o la diminuzione della tensione
sac HV convertitori di autobus
Rapporto fisso convertitori, quali includere il sacco HV convertitore di bus, sono in grado di HV autobus conversione. funzionalità aggiuntive includono:
• tensioni di ingresso e uscita fino a 650Vdc
• fino a 5: 1 tensione di ingresso range;
• moltiplicazione corrente fino a 200X;
• efficienza di conversione fino a 98 %
• scalabile da centinaia di watt a kilo-Watt.
ZVS-ZCS topologie di convertitori di ampiezza sinusoidale con un apparato propulsore a basso q supporto efficiente alta frequenza elaborazione di potenza con a frequenza fissa oscillatore avente un'elevata purezza spettrale e modo comune simmetria, risultando essenzialmente senza rumore operazione. Il l'architettura di controllo aggancia la frequenza operativa alla frequenza di risonanza del treno di potenza, ottimizzando l'efficienza e riducendo al minimo l'impedenza di uscita. annullando efficacemente i componenti reattivi, l'impedenza di uscita, Zout, può essere relativamente bassa. A ridurre ulteriormente Zout, o per una maggiore capacità di potenza, i convertitori di bus possono essere collegati in parallelo con corrente accurata condivisione. silenziosi e potenti, i convertitori bus sac forniscono una tensione essenzialmente lineare / conversione corrente con impedenza di uscita piatta fino a circa 1 MHz.
in combinazione, questi le tecnologie di alimentazione promettono soluzioni superiori alle sfide tecniche associate a evs e HEVs comprese dimensioni ridotte, peso ridotto, efficienza molto elevata, bassa EMI, isolamento ad alta tensione, gestione del calore, modularità, flessibilità di progettazione, scalabilità e costo. Loro sono facilmente collegati in parallelo per configurare fault-tolerant array ad alta potenza.

fonte da : http: / / www.powerguru.org / dc-dc-converter-technologies-for-electrichybrid-elettrici-veicoli /
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