浅谈磁性元件在汽车技术

能源汽车不断得到发展，包括混合动力汽车（HEV）、增程式混合动力汽车（PHEV）、纯电动汽车（EV）以及燃料电池车（FCV）等，在这些新能源汽车中，需要使用到不同电压等级的电源系统，如AC/DC、DC/DC 、DC/AC变换器都使用磁性元件。
其中DC/DC变换器成为新能源汽车设计开发不可或缺的关键部件，而功率电感是DC/DC变换器不可或缺的器件，可以提供大电流，高电感，其通过积累并释放能量来保持连续的电流。作为电动汽车的供电设备，DC/DC变换器也给车载电子设备供电。根据纯电动汽车车载电子设备不同属性，可把用电设备分为长期用电设备、连续用电设备、短时间间歇用电设备和EV附加用电设备等四种类型，如下图所示。同时，DC/DC变换器的体积和种类都很小且输出稳定。可分以下三种拓扑方式
a）BOOST DC/DC
新能源汽车上使用的BOOST DC-DC变换器主要用于高压系统的升级，将动力电池系统的电压等级再行升高， 以匹配更高等级的电机驱动系统。BOOST DC/DC 变换器的系统结构图下图所示。
BOOST DC/DC 变换器有如下的特点：
1）需要能够控制功率流的双向流动，以能确保动力电池的充放电功能；
2） 功率大小需要匹配电机驱动系统的功率需求，一般与电机驱动系统集成设计， 共用其冷却方式；
3）采用非隔离的设计拓扑方式，一 般 采 用 普 通 的BUCK-BOOST 拓扑方式， 设计较简单；
4）电路拓扑简单，但在整车设计开发中需要配合动力电池和电机驱动系统一起来控制， 配合整车方面的控制较为复杂。
在汽车应用中，目前车灯广泛采用LED光源，因此会用到Boost DC/DC和Buck DC/DC等转换器。
b)BUCK DC/DC
BUCK DC/DC变换器一般代替传统汽车的交流发电机，提供低压蓄电池及低压电器设备的电源。由于是高压系统转换为低压安全系统，这类DC/DC变换器一般需要进行隔离化设计，相比BOOST DC/DC变换器而言整体效率有所下降，但总的设计功率也小很多，一般为1.5kW到2.5kW左右，设计功率以匹配整车低压电器负载为原则。
BUCK DC/DC变换器一般采用三种拓扑设计：全桥变换器、半桥变换器和组合式正激变换器。其中全桥和半桥变换器设计的变压器磁芯双向磁化，磁芯利用率高，功率管使用较多，有桥臂直通的风险，控制及驱动较为复杂，比较适应大功率输出的设计，如国外的整车厂商一般采用此拓扑，功率等级都在2kW以上，通过复杂的控制，可以实现功率流的双向变换。国内的整车厂商从成本和设计可靠性考虑，一般使用组合式的正激变换器拓扑，功率等级限制在2kW以内，只能实现能量的单向流动，设计上简单，功能上可靠。
在汽车应用中，BMC、VCU等方面会用到Buck DC/DC变换器，如将12V蓄电池电压转为5V电压，来给相应电路供电。
c)BOOST-BUCK DC/DC
由于车内的低压电器设备较多，在不同的工况下的低压功率需求差异很大，即使有 12V蓄电池稳压的情况下，仍不能保证 12V的低压电源是稳定可靠的，如在起动机启动引擎时候，蓄电池瞬间可以跌落到6V，这样使用低压稳压的DC/DC 变换器来进行有效的稳压变得必要。如一些高级配置常规车，配备低压稳压的DC/DC变换器，提供车载电脑的稳压；新能源汽车中控制动力分配、驱动的核心单元，使用低压稳压的DC/DC变换器来稳压，以提供整车系统的稳定可靠性。
如以下DC/DC电源包含大部分磁性元件产品，有多种电感和高频变压器组成。