文档介绍：丰田公司五代DC-DC转换器的性能比较
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(图9)。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。
图9:变压器铁芯逐代进化(a)产品越新(PC95),温度特性越高。(b)随着产品更新换代,重量减轻、能量效率提高、进化成易于散热的形状。(点击放大)
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。(全文完,特约撰稿人:近藤朋之,TDK电力系统业