2023-09-22
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技术信息
什么是电动汽车（EV）上的DC/DC转换器？
～从高电压向低电压进行电压转换的装置～
EV上安装了大型高电压的锂离子电池和发动机车辆上也使用的低电压铅酸电池。两种电池都需要充电，锂离子电池需要在充电站上充电，铅酸电池需要从锂离子电池充电。此时，将一定的直流电转换为不同直流电的设备就是DC/DC转换器。我们将在本消息中就DC/DC转换器的功能和系统构成进行解说，同时对构成的电子零部件进行介绍。
什么是DC/DC转换器？
DC/DC转换器的概要
EV的所有设备都依靠电来工作。行车用马达等依靠大型/高电压的锂离子电池的电力来工作，其他大量车载设备（ECU、摄像头、车灯等）依靠低电压的铅酸电池的电力来工作。铅酸电池如果不充电就会没电，所以需要从锂离子电池充电。其中将高电压直流电转换为低电压直流电的设备就是DC/DC转换器。通过转换为低电压，EV的各种车载设备就能在适当的电压下工作。
高电压和低电压的区别使用
- 高电压的用途
为了使行车用马达工作，需要高电压。因为马达需要大功率，如果试图让它在低电压下工作则会产生大电流，并导致电路内的损耗增加，转换效率变差。为了提高效率，需要使用高电压（400V以上）来抑制电流。 - 低电压的用途
低电压用于与行车马达相关的设备以外的设备（车内的各种设备和前灯等）。此外，即使是高电压的设备，其内部的控制电路也在低电压下工作。因此，从高电压转换为低电压的DC/DC转换器是必不可少的。
为什么低电压是12V
早期的汽车以手动方式启动发动机，后来开发出了利用起动马达启动的机构。为了驱动该起动马达，安装了铅酸电池。现在，轿车上使用的是由6个铅酸电池单体组合而成的12V的电池组（各电池单体约为2.1V）。但是，卡车上发动机的起动马达采用了大型马达，因此通常使用24V的电池组（12V电池×2个）。
关于市场和设备的趋势
今后，随着EV车辆数量的增加，DC/DC转换器的数量也将增加。而且，由于各种设备的电动化，也需要支持高功率化。另外，对于DC/DC转换器还进一步提出了高输出化和小型化的要求。为实现这个目标，电子零部件具备高电压（高耐电压）、大电流、低损耗、高耐热性、小型化、高精度等性能就显得尤为重要。
关于DC/DC转换器的电路构成
总体构成
- 电压检测（输入侧）：测量来自锂离子电池的输入电压
- 噪声滤波器（输入侧）：使用电容器和线圈去除噪声
- 电压转换电路：通过藉由绝缘型变压器和FET等的开关来转换电压
- 噪声滤波器（输出侧）：使用电容器和线圈来去除噪声
- 电压检测（输出侧）：测量输出电压
- 控制电路：控制转换电路等
- DC/DC转换器：向控制电路供给电源
- 通信电路：与外部的通信电路
个别电路及构成零部件
电压测量（输入/输出）
在电压测量的电路中，为了控制电压转换电路，测量输入和输出的电压。测量时通常将多个电阻器连接起来以测量电阻器两端的电压。
噪声滤波器（输入/输出）
在噪声滤波器电路中，抑制来自外部或来自该电路的噪声，以防止电路误工作。滤波器组合使用大型电感器以及薄膜电容器或导电性聚合物混合铝电解电容器。
噪声去除 ―― 汽车用/工业基础设施用薄膜电容器
POINT- ❶ 高可靠性 : 实现高耐湿性和高耐热冲击性，符合AEC-Q200
- ❷ 高安全性 : 通过安全机构（保险丝）来确保更高的安全性（故障模式为开路）
噪声去除、开关/平滑 ―― 导电性聚合物混合铝电解电容器
POINT- ❶ 藉由大容量、低ESR和高纹波性能，为电路的小型化/大功率化（低电压和大电流）做出贡献
- ❷ 藉由支持高频容量特性，为去除电路的高频开关化所产生的宽带和高频率噪声做出贡献
电压转换电路
在电压转换电路中，通过使用开关元件和变压器等的开关来进行电压的转换。通过令开关元件On/Off来执行转换操作，但由于元件On/Off时会产生噪声，因此通常在元件栅极端子上使用电阻器来抑制噪声。
DC/DC转换器
在DC/DC转换器电路中，为了去除输入部的噪声和使得输出部平滑，通常使用导电性聚合物混合铝电解电容器，为了进行电压转换，通常使用车载用功率电感器。
噪声去除、开关/平滑 ―― 导电性聚合物混合铝电解电容器
POINT- ❶ 藉由大容量、低ESR和高纹波性能，为电路的小型化/大功率化（低电压和大电流）做出贡献
- ❷ 藉由支持高频容量特性，为去除电路的高频开关化所产生的宽带和高频率噪声做出贡献
电压转换 ―― 车载用功率电感器
POINT- ❶ 藉由金属磁性材料的低损耗和大电流性能，为电路的小型化/大功率化（低电压和大电流）做出贡献
- ❷ 藉由损耗特性的高频化（低ACR），为抑制电路的高频开关化损耗做出贡献
通信 I/F
在通信I/F（通信）电路中，使用两根线与外部设备（CAN、Ethernet等）进行通信。此时，如果噪声或静电从通信线混入，则可能会导致收发器IC故障。因此，收发器电路中作为静电预防措施使用片式压敏电阻器。
ESD噪声去除 ―― 片式压敏电阻器
POINT- ❶ 藉由具有广泛容量特性的产品阵容，在保持电路通信品质的同时，为抑制静电（ESD）噪声做出贡献
- ❷ 片式压敏电阻器藉由其8~250pF的容量特性，支持从低速到高速的通信速度
小结
EV上，马达以外的大多数车载设备都是在比车辆主电源电压低得多的电压下工作的。其中将锂离子电池输出的高电压直流电转换为低电压直流电的设备就是DC/DC转换器。今后，随着EV的增加，DC/DC转换器的安装数量也会增加。
此外，随着各种设备的电动化和高功率化，还需要追求DC/DC转换器的高输出化。今后，人们将会对车载电子零部件提出高电压（高耐电压）、大电流、低损耗、高耐热、小型化等更高的性能要求。松下机电株式会社备有面向DC/DC转换器的广泛的产品阵容（表1）。
| 零部件 | 特点 | 高电压 | 大电流 | 低损耗 | 小型化 | 高耐热 | 高精度 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
汽车用/工业基础设施用薄膜电容器 |
高可靠性 | ✔ | ✔ | ||||
导电性聚合物混合铝电解电容器 |
低ESR 高可靠性 |
✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | |
车载用功率电感器  |
大电流、低损耗 高可靠性 |
✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ||
 |
高精度、高耐热 | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | ✔ | |
片式压敏电阻器 |
小型化/轻量化 | ✔ |
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