利用48V-1V转换实现汽车稳定运行的GaN变换器

在现代，电动汽车的需求与日俱增。电动汽车的本质要求是节能，同时也要像非电动汽车一样强大。电力需求的增加促使电动汽车制造商开发新技术，帮助电动汽车达到3KW的容量。本文介绍了一种利用48V-1V转换实现汽车稳定运行的GaN变换器。该部件的目的是为了提供一个高效的转换器，显示车辆的动态性能。此外，它还通过消除电感电流损耗提高了系统的效率，并提供了飞行电容器电压的自平衡。

不同的功率转换架构

现代电动汽车的功率转换范围从48V到0.8V不等，这就要求一个高效的功率转换系统，能够根据汽车控制器的要求，根据不同的输入范围提供精确的输出电压。有两种不同的方法可实现此项：多级体系结构；单级体系结构。

多级功率转换系统采用级联转换系统，采用开关速度快、电压要求低的小型器件。该技术对汽车的性能有积极的影响。多级功率转换技术的一个缺点是效率降低。

单级功率转换是利用先进的GaN半导体器件实现的一种单级dc-dc功率转换技术，它提供了更高的效率，但需要先进的控制系统来提供精确的瞬态电压。在混合Dickson变换器中，采用基于电容器的准固定频率（QFF）谷电流控制方案，可以实现这一目标。由于电容器的密度高，因此它们的偏差小，损耗小。这些转换器称为混合开关电容转换器。

传统的转换系统采用电感电流控制系统，它用于检测交流和直流部分输入电流，它们具有并联电阻，导致了不同类型的传导损耗。在SC转换器的情况下，并联电阻器串联电容，并限制在输出电感中产生的波纹，以提供高效率和更少的传导损耗。

混合Dickson变换器

混合型Dickson变换器是一种新型电动汽车的dc-dc变换器。它是一个单级转换系统，使用基于电容器的QFF电流控制方案。QFF采用锁相环（PLL）实现瞬态响应和输出自平衡。它的输入范围是24伏到54伏，提供0.8伏到48伏的输出。它有不同的频率范围，如500千赫、750千赫、1兆赫。在图1中，你可以看到一个基于GaN的6:1混合Dickson转换器。上面显示的红色PCB是主电源板。它安装了不同的GaN半导体器件（epc2001c、epc2015c、epc2023和epc2032）。绿色的 PCB有一个基于FPGA的控制器，它控制Dickson转换器的整个操作。其余的电路像不同类型的滤波器一样，驻留在蓝色印刷电路板中。

效率

实验表明，它的效率随着负载的增加而降低，例如，在12.5A的负载下，它的效率达到93%，而在40A负载下，效率下降到84%。在较低的输入电压（如24V）下效率更高，因为在低电压下电容和纹波电流损失较小。

负荷变化

负荷变化在转换过程中出现升压和降压时，有两种不同的趋势。在负载升压的情况下，电感电流在升压过程中始终跟踪负载电流。这是由于电压变化造成的，电压变化较小（负载从2A变化到22A时为25mv）。对于负载降压，电压变化很高（负载从22A变化到2A时为60mv）。这是因为在负载下降的情况下，较小的电压秒数会影响电感。

QFF控制系统

QFF控制系统是一个自平衡系统，它意味着在升压或降压转换过程中发生的任何频率或电压不平衡将在几毫秒内恢复正常。它还允许快速切换，这增加了Dickson转换器的瞬态响应，例如，在从24V升压到54V的情况下，输出电压上会产生纹波，并且随着输入电压的增加，这种不平衡将在9ms内恢复正常。在这种情况下，PLL补偿由于施加到输出电感器上的大电压而增加的开关时间。

评论

虽然混合Dickson变换器确实将电压从48V降低到1V，但其效率仅限于91%。有一个两级结构，抑制了91%的停车效率。为了克服这种效率，达到理想状态，混合变换器有效地利用了无源元件。它有效地将电流桥转换成大的转换比。它是一个7电平的飞电容多级电路，由FCML完成。很容易转换电流并开始利用无源元件。FCML通过使用一个输出电感器、13个开关和其他模块将电压转换为48V到1V。此外，它使用了五个飞电容器，而且还需要一个精确尺寸的电容器，可以很容易地安装到转换器中。当转换时，所有组件都会产生一些复杂性，从而限制转换器在较重负载下的性能。

结论

因此，我们可以得出这样的结论：这种Dickson混合动力转换器使用两个电感器，提高了汽车的效率，达到了95%，并且可以帮助车辆快速行驶。整个转换过程和周期确定了变换器提高其输出电流，并允许交流通过。此外，还介绍了另一个半转换器使用两个交错电感。通过平滑力转换结构，从而消除两个自由轮开关，转换器提高了调节器的屈服阻抗。与混合型Dickson变换器相比，旋钮阻抗和电导损失电容两倍。

整个转换过程可靠、准确，在一定程度上是可以实现的。

交错双产额电感器具有多相交错设计的优点，适用于大电流应用场合，通过飞流电容器的一致状态活动来调节电感。因此，混合式Dickson变换器可以将电压从48V转换为1V，从而提高电动汽车的效率。
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