电动汽车dc转换器拆解

DC-DC转换器（一）：提高电压转换效率

TDK已开始向混合动力车及电动汽车提供“DC-DC转换器”。电动汽车充电电池的电压高达数百伏。DC-DC转换器将充电电池的电压降至14V，提 供给铅蓄电池。再把铅蓄电池作为电源驱动发动机的辅机类、雨刷及前照灯等器件。

世界首款量产混合动力车的投入使用已经12年。包括TDK在内，DC-DC转换器单位体积的功率密度逐年提高，估计今后也是这一趋势。

TDK的DC-DC转换器于1997年实际应用于混合动力车。本田将在现行的“思域混合动力车”和新款Insight上采用（图1）。还被部分海外厂 商应用于混合动力车。

Insight之所以采用TDK制造的DC-DC转换器， 是因为能够满足小型与轻量化的要求。本田对Insight减小了包括DC-DC转换器和逆变 器在内的PCU（功率控制单元）尺寸及镍氢充电电池的尺寸。这些器件在思域混合动力车中曾配置在后座后面，而在Insight中，却配置在行李舱下面，以 使行李舱的可用空间比以前增大。DC-DC转换器的小型化有利于扩大行李舱容量，降低成本。

Insight上使用的最新款DC-DC转换器与思域混合动力车上配备的原产品相比，重量减轻45％，容积减小5％（图2）。重量低于1kg。转换效 率确保在90％以上。

省去交流发电机混合动力车及电动汽车导入DC-DC转换器之后，可省去交流发电机。交流发电机利用发动机的旋转 发电，发出的电为铅蓄电池充电。（如图）

电动汽车 的充 电电池容量很大。因此，以充电电池为电源， 能够利用DC-DC转换器为铅蓄电池充电。从而可以 省去原来的交流发电机。（如图）

 

Insight就未配备交流发电机（如图）

使用充电电池和DC-DC转换器，可以不必考虑发动机的转速而为铅蓄电池充电。原来的汽油发动机车，当发动机转速低时，如果同时使用空调、立体声及车 灯等，有时“电池的电量会用尽”。即使发动机仍在运行，有些条件下也会出现电力不足现象。而如果像混合动力车和电动汽车这样使用充电电池和DC-DC转换器，便可不必考虑发动机的转速而使用电力。

DC-DC转换器（二）：保留铅蓄电池

混合动力车和电动汽车按说也能省去铅蓄电池，但实际上还是保留了铅蓄电池（如图）。Insight也保留了铅蓄电池。这样做有两大原因。一是保留铅蓄 电池更能够降低整个车辆的成本。二是确保电源的冗余度。

铅蓄电池能在短时间内向空调、雨刷及车灯等释放大电流。如果省去铅蓄电池而将充电电池的电力用于補机类、空调及雨刷等，DC-DC转换器的尺寸势必就 要增大，从而使整体成本增加。铅蓄电池便宜，因此目前将铅蓄电池置换成充电电池还没有成本上的优势。

二是铅蓄电池还有确保向補机类供电的冗余度的作用。DC-DC转换器出现故障停止供电时，如果没有铅蓄电池，補机类就会立即停止运行。夜间车灯不亮， 雨天雨刷停止运行等，就会影响驾驶。如果有铅蓄电池，便能够将汽车就近开到家里或者工厂。

今后DC-DC转换器功能改进的方向之一是双向化，现在使用的DC-DC转换器只是单向改变电压。现在也存在要求双向的需求。当充电电池的电力不足 时，便可将铅蓄电池的电力输入充电电池，以备紧急之需。双向化是今后将继续探讨的课题，这也是确保冗余度的方法。 TDK分代开发了DC-DC转换器基本电路（平台），如图

其中包括2001年开始量产的“GEN3”（第3代）、2005年量产的“GEN4” （第4代）、2008年量产的“GEN4.5”（第4.5代）。现在正在开发的是“GEN5”（第5代）。根据基本电路，制成符合各汽车公司要求的产品。

DC-DC转换器不同的代规定了变压器的种类及DC-DC转换器电路的基本构造。水冷/空冷、端子位置，主体形状等根据采用车型进行设计。基本构造以 严酷环境下的空冷为前提设计。

按产品来看，转换效率由第2代到第5代一直在提高（图8）。电流为10A时，转换效率分别为约84％（第2代）、约86％（第4代）、约89％（第 4.5代）。电流为70A时，转换效率由约86％（第2代）提高到约88％（第4.5代）。预计下一代第5代将超过90％。（未完待续，特约撰稿人：近藤 朋之，TDK电力系统业务集团EV电源部部长）

     DC-DC转换器（三）：DC-DC转换器的性能

DC-DC转换器的主要部件是变压器。变压器由一次侧（输入侧、充电电池侧）和二次侧（输出侧、铅蓄电池侧）两种线圈构成。线圈比与电压比成比例。

利用变压器改变电压时，变压器需通过交流电压。充电电池是直流电压，因此DC-DC转换器通过利用功率半导体ON/OFF来自充电电池的直流电压，将 其转换成交流电压。然后，利用变压器转换交流电压，再利用功率半导体将交流电压转换成14V的直流电压。利用功率半导体转换交流和直流时，为抑制电压波形 的噪声（平滑化），还使用了电容器。

决定DC-DC转换器性能的主要因素是变压器。变压器的大小、形状及支持的开关频率随着更新换代而进化（如图）。开关频率由70kHz提高到 110kHz，变压器铁芯的重量由215g左右减轻至61g左右。变压器的线圈通过采用层叠平面线圈的类型，降低了高度。

通过提高开关频率，可减小变压器和整流电路的尺寸。因为频率提高，可使功率半导体单位时间的开关次数增加。不过，为防止接近收音机AM广播的频率，过 去一直采用70kHz频帯。最近由于抑制噪声的技术取得进步，采用了比原来高40kHz的110kHz频帯。

变压器的铁芯材料采用的是最新的铁氧体材料“PC95”。PC95的原料为Fe（铁）、Mn（锰）、Zn（锌）。Fe的混合比例等与原产品 （“PC44”、“PC45”等）不同。原产品在有些温度下，会出现铁损增大、效率降低现象。最新的铁芯可在很大的温度范围内减小铁损。铁损以磁滞损耗为 主，还包括涡流损耗。

与二次侧变压器相连的整流二极管采用了比上代热损耗低的产品。这样，整流二极管的封装面积比原来减小40％。

混合动力车用DC-DC转换器上使用的变压器铁芯材料采用了铁氧体（表）。因为变压器中流过100kHz左右的高频电流，与其他材料相比，铁氧体的效 率最高。 家电中使用的变压器的工作频率为50/60kHz左右，适于采用硅钢。非晶材料适合于频率高于100kHz的领域。

电动车DC转换器修理

用维修电源调到最高30V接入红黑两线，万用表电压档接黄黑两线，果然没12V电压输出。肯定已坏。

将盒子上的八颗螺丝卸下，即可打开看见里面的电路板，再将侧边固定两个大功率管的螺丝卸下，就可以取出电路板了。

仔细观察电路板，首先发现有打火痕迹，是个100V100uF电容松掉，估计长期发热加上在车上颠簸导致虚焊并松脱，于是拆下来检测，还能用！随即补焊回去，同时也发现MOS管与肖特基管管脚也有虚焊，也要拆下来检测后补焊。

再仔细观察其它地方没有虚焊了，同时观察板上的电阻没有焦黑。对于其它二极管用万用表二极管档测一下正反压降，都符合二极管基本特性。

用维修电源上电检测，发现还是没有输出。怀疑IC。用万用表测IC的7脚，只有1点几伏电压，没供电？

将供电一路的电阻测量，主要是那个20k1W电阻，没坏。怀疑两个并联在7脚的电容漏电，拆下来测一下，没有坏也没漏电。

于是判断可能是IC坏了，随后将IC拆下来，测7脚与5脚（IC的供电与地）。发现电阻得80几欧，无二极管特性。判断IC损坏！IC型号写着TL3845P。淘宝一搜，很少，且9毛钱。于是买了便宜的UC3845，只要5毛钱。

两天后，芯片寄到，装上前测一下好的IC 7与5脚是怎么样的，结果：不是80几欧的，且有二极管特性，随后将IC焊上，通电试机，有13V输出，维修成功！