比亚迪驱动复用升压充电原理基础|当前关注
发布时间：2023-05-31 10:57:25
来源：技术田地
比亚迪e3.0发布的时候提到了“驱动复用，升压充电”，也就是用电驱动替代传统DC-DC电路，实现500V充电桩直接给800V电池充电。
了解这个之前，先回顾电路的基础知识，先从降压电路开始。
假设一个电源是100V，一个负载（假设是一个阻抗5欧姆的灯泡）额定电压只需要50V，怎么办？
(资料图片)
有人说这个好办，根据电阻串联分压原理，串联一个5Ω的电阻不就行了，这样负载的电压就是100×5/（5+5）=50V
那么，问题就来了，整个电路电流=100/（5+5）=10A
负载功率=500W，电阻功率=500W，整个电路1000W的功耗，结果只有50%是用来干活，另外50%被浪费掉了，这种电路的效率也未免太低。
后来人们发明了开关电源，用电力电子的方法解决了这个问题。
电力电子的基本思想是“等效”。开关电源基于这个思想被发明了出来。
通过一个开关，两个触点1和2，在一个周期T的时间内，先将开关拨到1，负载联通，此时负载两端的电压v（t）等于电源电源Vg，持续DT（D＜1，称为占空比，表示开关电源一个周期内通电时间的占比）时间后，切换到触点2，此时负载被断路，电压变为0。然后下个周期再把开关切回1，持续DT，再切到2。。。如此循环，那么对于负载而言，平均电压Vs就等于每个周期内导通的时间除以周期的总时间然后乘以母线电压，即Vs=DVg，这个很好理解，毕竟电源的每个周期只有占比D的时间在工作。
如果电路中没其他损失的话，电源理论效率可以做到100%！
但是这样还不行，这个电源的输出到负载的电压一会儿Vg，一会儿是0，波动太剧烈。如果耐压扛不住，灯泡说不定就炸了。而且在每个周期，阶段2时间内，电压完全没有，表现出来就是灯泡忽明忽暗。。。
有没有办法能够让这个过程平滑一点？
人们想到了电感和电容，电感和电容都是储能元器件，一个可以储存电荷（让电压平滑），一个可以储存磁场（让电流平滑）。
这样是不是看起来舒服多了？
看一个12V转5V的例子（B站up主：爱上半导体）
在一个周期内5/12的时间，开关闭合，此时电流流过电感，电容，负载，此时二极管电位上高下低，二极管阻断，没有电流流过，电感上会感应出一个左正右负的电压，使得负载电压达不到12V，负载上的电压波形如上图右侧。
然后在剩余7/12的时间内，开关断开，在开关断开的一瞬间，电感上感应出一个维持电路中电流的左负右正的电压，二极管电位此时是上负右正，导通，此时电路中的电感相当于电源，还没等到电感中能量耗尽，开关又闭合了，又开始了新的一轮充电，负载电压又被抬了起来。。。
最终电源输出到负载端的电压波形如下：
这个5V的电压，就平滑多了，实际电路中，选择合适的开关频率，电感和电容值，可以把波动降低到0.02V以内，几乎就是一条直线。
还有一个问题，开关的高速开通和断开怎么实现？用人的手当然是不可能的，每秒开关几千次，人们发明了晶体管，通过MOSFET，IGBT等，可以实现。
以上的这种直流转直流（DC-DC）的降压电路也被成为Buk电路。
了解了降压电路，再来理解直流升压电路（DC-DC boost）就方便了。
开关断开前，此时电流流过电感，电容
当开关断开时，此时由于负载阻抗较大，流过电感的电流要降低，电感感应出一个维持电流的电压，叠加到负载上。输出波形如下图
当开关再次闭合，此时电路左边相当于被短路，电源电流不再流过负载，负载此时只能靠电容放电来维持电压和电流，负载端的电压开始下降。
此时负载端的电压波形是这样的：
如此反复开关，最终波形这样：
选择合适的电感，电容，开关频率和占空比，就能得到平滑的输出电压
电压增益（升压倍率）和占空比有关，输出电压v=Vg×1/（1-D）
如果是要将5V电压升到12V，那么占空比D=7/12，即每个周期内，开关晶体管要在7/12的时间导通，5/12的时间断开。
学习回顾下DC-DC降压电路（buk）和升压电路（boost），后面再学习比亚迪的这个驱动复用技术和广汽，华为的相关专利。
审核编辑：汤梓红
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