新能源汽車中的大功率DC-DC變壓轉(zhuǎn)換部件
變壓轉(zhuǎn)換器部件的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)
變壓轉(zhuǎn)換器部件的歷史 日本企業(yè)基于在磁性材料和精密生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)鬼店，以及日本混合動(dòng)力汽車市場(chǎng)的培育較為成功咐柜，與日本整車汽車同步發(fā)展踢涌，所以在這個(gè)領(lǐng)域日本供應(yīng)商耕耘比較好的通孽，比如TDK；其產(chǎn)品線一代代進(jìn)化如圖所示睁壁，產(chǎn)品主要應(yīng)用在本田的混合動(dòng)力產(chǎn)品線上背苦。其競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手Denso和Toyota Industry的產(chǎn)品，則在不同的普銳斯/凱美瑞的混合動(dòng)力車上使用癌割，如圖5所示腋钞。日系企業(yè)還有Shindengen Electric和Nichicon，也是依托其基礎(chǔ)部件優(yōu)勢(shì)正在努力擠入汽車大功率電子部件市場(chǎng)窟怪。而傳統(tǒng)的汽車部件供應(yīng)商肺倾，如博世（Bosch）、大陸（Continental）和德爾福(Delphi)嫡笔，法雷奧(Valeo)早早切入這個(gè)領(lǐng)域圈咬，但這個(gè)部件的特征就決定，很難依靠單一部品來盈利辞仇，所以在早期產(chǎn)量不高的階段鹏汁，材料成本會(huì)很高讼牢，不太容易切入。其他在工業(yè)功率電源中比較老牌的外資品牌艾默生（Emerson）和臺(tái)達(dá)電子(Delta)磕艺，特別是后者盾摹，基于其工業(yè)&消費(fèi)功率電子的份額，在積極開拓汽車大功率DC-DC市場(chǎng)附垒。
性能評(píng)價(jià)指標(biāo) DC-DC的部件主要有以下的技術(shù)指標(biāo)撕贞，如下表所示： 1. 功率等級(jí)：在不同等級(jí)的車輛上，往往配置存在很大的差異测垛，導(dǎo)致了14V系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)功率需求產(chǎn)生變化捏膨。按照模塊化開發(fā)的理念，要選擇不同的功率等級(jí)食侮，來匹配不同等級(jí)的車輛号涯，達(dá)到電氣平衡之后，即可覆蓋更多的車型锯七。這是目前較為流行的做法链快。 2. 效率：對(duì)這個(gè)電磁部件而言，效率是個(gè)極端重要的參數(shù)眉尸。它既決定了整個(gè)部件的散熱方式域蜗，也決定了整個(gè)部件的壽命。當(dāng)我們?cè)u(píng)價(jià)效率的時(shí)候噪猾，通常采用與輸出電流相對(duì)應(yīng)的效率曲線來表征霉祸，單點(diǎn)上的效率極值 ，其實(shí)是個(gè)非常有欺騙性的數(shù)據(jù)袱蜡。 3. 容積/重量/功率密度：元件一體化的設(shè)計(jì)丝蹭，在目前，對(duì)于部件的重量和體積有著嚴(yán)苛的要求吞瘸，從上面的圖形來看蝌购，在這兩個(gè)指標(biāo)上，演進(jìn)是較為迅速的械与。 4. 散熱方式：同大部分功率電子元件一樣铅阎，在2KW左右的等級(jí)上，有液冷和主動(dòng)風(fēng)冷這兩種方式梅柑。前者對(duì)于系統(tǒng)風(fēng)道有較高要求潭拖，而后者對(duì)于冷卻液管路的排布有著限制。即使開發(fā)出來可用的元件衡辨，在整車集成的時(shí)候，解決散熱問題也是一個(gè)很大的課題官溜。 5. 成本：目前來說怎开，這個(gè)部件的成本要求是非常嚴(yán)格的癣二，所以后面全橋這樣的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)所需要較多的MOSFET，也會(huì)被大家放棄铲蒸。 DC-DC產(chǎn)品性能表

早期的混合動(dòng)力汽車上哥谷，DC-DC基本是以全橋結(jié)構(gòu)拓?fù)鋪韺?shí)現(xiàn)，其優(yōu)點(diǎn)是： 1. 在早期的大功率電器設(shè)備內(nèi)非常常見到全橋應(yīng)用麻献，所以早期的混合動(dòng)力系統(tǒng)從中借鑒们妥。 2. 輸入范圍寬：全橋電路在較寬的輸入范圍內(nèi)都有很好的特性。 缺點(diǎn)： 1. 顯而易見勉吻，用了較多MOSFET监婶，成本較高。 2. 控制復(fù)雜齿桃，一般需要獨(dú)立的控制單元惑惶。 英飛凌和ST所推薦的評(píng)估系統(tǒng)，其本身就是以全橋系統(tǒng)為藍(lán)本設(shè)計(jì)的短纵。根據(jù)有限的資料和信息來看带污，目前的發(fā)展使用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，也是借鑒工業(yè)電源上使用的經(jīng)驗(yàn)香到，有源鉗位正激和2 Stage直流變化拓?fù)涠际侵档脟L試的鱼冀。
圍墻&瓶頸 這個(gè)部件先進(jìn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)其實(shí)并不是很高的壁壘，電動(dòng)汽車的安全性要求很高悠就，所以隔離設(shè)計(jì)一定是必須的柔睡。其設(shè)計(jì)難點(diǎn)為： 1. 散熱設(shè)計(jì)：對(duì)DC-DC需要進(jìn)行良好的散熱設(shè)計(jì)，對(duì)液冷需要設(shè)計(jì)較好的流道伍茎。 2.EMC設(shè)計(jì)：需要設(shè)計(jì)輸入濾波電感以及輸出濾波電感斥稍，以確保EMC過關(guān)，這點(diǎn)在汽車上應(yīng)用尤其關(guān)鍵已清。 3.效率：不同的輸入電壓下态晤，都能達(dá)到較高的效率曲線。 4.保護(hù)功能設(shè)計(jì)：設(shè)計(jì)各種保護(hù)功能卷霜，用以匹配整個(gè)全輸入電壓曲線喧盲，以及12V保護(hù)系統(tǒng)要求。 5.可制造性要求：至少要可能達(dá)到50%自動(dòng)化的要求遗渊，因此對(duì)于整個(gè)板級(jí)的設(shè)計(jì)以及功率電路的連接都比較關(guān)鍵鄙幸。如果電氣化的量能夠按照混合動(dòng)力這么發(fā)展，未來自動(dòng)化制程的要求就成為篩選供應(yīng)商的一個(gè)重要的條件什异。 在國(guó)內(nèi)做這個(gè)部件邦墅，可能需要應(yīng)對(duì)的挑戰(zhàn)，是找到好的汽車用磁性元器件供應(yīng)商，擺脫向日本廠家采購(gòu)倒堕。從部件級(jí)別上面來看灾测，筆者有以下幾點(diǎn)看法： 1.變壓器：車用的2KW大功率變壓器，國(guó)內(nèi)供應(yīng)商可選擇性是非常的少垦巴，基本上以廣東深圳區(qū)域的企業(yè)為主媳搪，深圳上市公司中的可立克（Click），京泉華(在這個(gè)領(lǐng)域的投入越來越多骤宣，而深圳海光秦爆，深圳瑞格精密（Rigir）也是這個(gè)行業(yè)中技術(shù)比較領(lǐng)先的企業(yè)。而變壓器的設(shè)計(jì)憔披，本身就是整個(gè)功率電子元器件里面一個(gè)非常核心的事情等限，其產(chǎn)品的特性，絕大一部分是源于材料活逆。鐵氧體材料的發(fā)展已經(jīng)從主流的PC40材質(zhì)精刷，歷經(jīng)PC44，PC47等已經(jīng)走向損耗與高磁飽和密度較高級(jí)的“PC95”（PC95 ferrite core material）蔗候，但已經(jīng)不能滿足車載變壓器使用怒允，寬溫25-140度功耗與磁飽和密度更好的PC96，PC97材矫撤，正在廣泛的應(yīng)用思袋，但國(guó)內(nèi)廠商材質(zhì)的穩(wěn)定性還需要提升。 1）平板變壓器：筆者初次接觸充電機(jī)赃勺，美國(guó)人最初的想法就是用平板變壓器估骡，這種對(duì)PCB和制程工藝要求極高的做法，固然是一種路徑筝妥，但是參數(shù)差異風(fēng)險(xiǎn)也直接與制程工藝聯(lián)系起來了暮霍。國(guó)外平面變壓器品牌佩頓（Payton）也在國(guó)內(nèi)陸續(xù)擴(kuò)大代工廠代工，上述的可立克屋问，京泉華串篓，瑞格精密，海光電子在平板變壓器方面的品質(zhì)水平也正在逼進(jìn)國(guó)外品牌籍囱。 2）集成化：Denso的說明文檔里面是將變壓器與Chock coil合在一起绩寂，根據(jù)公開的資料，這不是其一家的想法烤脾。DC-DC的硬件工程師有時(shí)候只能就地取材佃戈，這種器件級(jí)別的突破，已經(jīng)不是工程師選個(gè)好方案那么簡(jiǎn)單的事情了匾委。 2.MOSFET：能選用的拖叙，只有有限的幾家，根據(jù)性能的情況來看，選擇更加有限憋沿。所以這塊的成本旺芽，居高不下。 3. 濾波電感：情況與變壓器類似辐啄，由于工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，主要問題在于材料运嗜。高導(dǎo)錳鋅材料在國(guó)內(nèi)的發(fā)展已經(jīng)非常不錯(cuò)壶辜，而且在制程方面，扁平線所制作的高效率能EMI共模電感也正在民用適配器領(lǐng)域廣泛應(yīng)用担租，而大功率充電機(jī)與汽車電子雖然用量不大砸民，沒有大產(chǎn)能瓶頸問題，但能實(shí)現(xiàn)更佳的EMI效果以及更低成本的生產(chǎn)奋救，也會(huì)對(duì)汽車大功率DC-DC帶來積極的影響岭参。

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