(News.oto-hui.com) – Hiện nay trên các dòng xe điện luôn có những bộ chuyển đổi nguồn điện từ ắc- quy thành những nguồn khác để phù hợp với mục đích sử dụng của các thiết bị trên xe. Trong đó có bộ chuyển đổi DC-DC là một hệ thống (thiết bị) điện dùng để chuyển đổi các nguồn dòng điện một chiều (DC) từ mức điện áp này sang mức điện áp khác. Nói cách khác, bộ chuyển đổi DC-DC lấy đầu vào là điện áp đầu vào DC và đầu ra là điện áp DC khác.
Điện áp DC đầu ra có thể cao hơn hoặc thấp hơn điện áp DC đầu vào. Như tên gọi của nó, bộ chuyển đổi DC-DC chỉ hoạt động với nguồn dòng điện một chiều (DC) và không hoạt động với nguồn dòng điện xoay chiều (AC).
1. Bộ chuyển đổi DC-DC là gì ?
Bộ chuyển đổi DC-DC là bộ chuyển đổi nguồn giúp chuyển đổi nguồn dòng điện một chiều (DC) từ mức điện áp này sang mức điện áp khác, bằng cách lưu trữ tạm thời năng lượng đầu vào và sau đó giải phóng năng lượng đó cho đầu ra ở một điện áp khác. Nó là một loại bộ chuyển đổi năng lượng điện. Mức công suất từ rất thấp (pin nhỏ) đến rất cao (truyền tải điện cao áp).
Việc lưu trữ năng lượng điện có thể được thực hiện trong các thành phần lưu trữ từ trường (cuộn cảm, máy biến áp) hoặc các thành phần lưu trữ điện trường (tụ điện).
Việc đẩy mật độ công suất lên cao hơn và nhu cầu về hiệu suất cao hơn khiến bộ chuyển đổi DC-DC mô-đun trở thành một môi trường đòi hỏi khắt khe đối với các IC nguồn, khiến các nhà thiết kế phải đặt ra các tiêu chuẩn mới về khả năng chịu nhiệt và hiệu suất thể tích.
Với các thành phần nguồn/năng lượng có trong các gói gắn kết bề mặt nhỏ hơn và nhỏ hơn, điều quan trọng là phải giảm bớt nhu cầu tản nhiệt của các thành phần này. Đối với các bộ phận/chi tiết điện tử có kích thước nhỏ, việc đảm bảo diện tích bề mặt tiếp xúc với không khí trở nên khó khăn hơn để đạt được hiệu quả tản nhiệt.
Đặc biệt, quản lý nhiệt rất quan trọng trong việc phát triển xe hybrid và xe điện vì chúng chứa nhiều mô-đun năng lượng mật độ cao. Trong quá trình hoạt động, các thiết bị điện tử công suất EV tạo ra một lượng nhiệt lớn (hàng trăm watt trên mỗi khuôn), dẫn đến thông lượng nhiệt lớn ở cấp khuôn và gói. Hơn nữa, nhiệt độ dưới mui xe có thể lên tới trên 150 °C, tùy thuộc vào điều kiện hoạt động.
2. Bộ chuyển đổi DC-DC có cần thiết trên xe điện hay không ?
Do điện áp trên ắc quy có thể không phù hợp với các thiết bị khác nhau đang được sử dụng trên xe, chính vì thế chúng ta cần 1 bộ chuyển đổi nguồn điện để có thể sử dụng được các thiết bị đó. Và nếu không có nó, chiếc ô tô điện sẽ không vận hành được.
Ắc quy của xe điện thường tạo ra vài trăm vôn DC. Tuy nhiên, các thành phần điện bên trong xe khác nhau về yêu cầu điện áp của chúng, với hầu hết chạy ở điện áp thấp hơn nhiều. Với các thiết bị bao gồm radio, bảng điều khiển, máy lạnh, máy tính và màn hình tích hợp sẵn.
Trong các loại xe điện sử dụng động cơ DC, trên thực tế, động cơ chạy có thể sử dụng điện áp gấp ba lần điện áp do pin cung cấp. Với sự trợ giúp của bộ chuyển đổi phù hợp, chúng có thể thu hẹp khoảng cách này mà không cần phải sử dụng đến ắc- quy lớn hơn.
Ngoài ra, hầu như tất cả các bộ chuyển đổi DC-DC đều tiêu tán công suất dưới dạng nhiệt. Nhiệt này phải được quản lý đúng cách để bộ chuyển đổi duy trì hoạt động trong giới hạn nhiệt độ khuyến nghị nhằm nâng cao độ tin cậy và ngăn ngừa hỏng hóc sớm.
3. Phân loại bộ chuyển đổi DC-DC
Có nhiều loại bộ chuyển đổi DC-DC. Dạng đơn giản nhất của bộ biến đổi DC-DC là bộ biến đổi tuyến tính, còn được gọi là bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính .
Bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính chỉ có thể hoạt động như một bộ chuyển đổi DC-DC buck, có nghĩa là điều đó sẽ chỉ làm giảm mức điện áp cao hơn. Là một bộ điều chỉnh, nó cũng đảm bảo rằng điện áp đầu ra được duy trì ở một giá trị cụ thể, ngay cả khi tải đầu ra có thể thay đổi.
Trước khi có các bộ chuyển đổi DC-DC chuyển mạch, các bộ chuyển đổi tuyến tính thường được sử dụng. Bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính (bộ chuyển đổi DC-DC) có hai cấu trúc liên kết chính: bộ điều chỉnh điện áp shunt và bộ điều chỉnh điện áp nối tiếp.
Trong loại bộ điều chỉnh điện áp này, các bóng bán dẫn được vận hành trong vùng hoạt động như các nguồn dòng phụ thuộc với điện áp giảm tương đối cao ở dòng cao, tiêu tán một lượng lớn công suất. Do công suất tiêu tán cao, hiệu suất của bộ điều chỉnh điện áp tuyến tính thường thấp. Bộ điều chỉnh tuyến tính có xu hướng nặng và lớn, nhưng có ưu điểm là độ ồn thấp và thích hợp cho các ứng dụng âm thanh.
Bộ điều chỉnh điện áp shunt đơn giản, được gọi đơn giản là bộ điều chỉnh shunt, là một loại bộ điều chỉnh điện áp trong đó thành phần điều chỉnh ngắt dòng điện xuống mass. Bộ điều chỉnh shunt hoạt động bằng cách giữ một điện áp không đổi trên các thiết bị đầu cuối của nó và nó chiếm dòng điện phụ để duy trì điện áp trên tải điện. Một trong những phần tử phổ biến nhất của bộ điều chỉnh shunt chứa mạch diode Zener, trong đó diode Zener có vai trò là phần tử shunt.
Bộ điều chỉnh điện áp nối tiếp, còn được gọi là bộ điều chỉnh dòng nối tiếp, là cách tiếp cận phổ biến nhất để cung cấp điều chỉnh điện áp cuối cùng trong nguồn điện được điều chỉnh tuyến tính. Bộ điều chỉnh tuyến tính loạt được đặc trưng bởi mức hiệu suất cao đối với điện áp đầu ra về độ gợn sóng và nhiễu thấp.
Trong chuyển đổi bộ chuyển đổi DC-DC, các bóng bán dẫn hoạt động như công tắc, có nghĩa là chúng tiêu hao ít năng lượng hơn bóng bán dẫn hoạt động như nguồn dòng phụ thuộc. Điện áp rơi trên các bóng bán dẫn là rất thấp khi chúng dẫn dòng điện cao và các bóng bán dẫn dẫn dòng điện gần như bằng không khi điện áp rơi trên chúng cao. Do đó, tổn thất dẫn thấp và hiệu suất của bộ chuyển đổi chế độ cao, thường trên 80% hoặc 90%. Tuy nhiên, tổn thất chuyển mạch làm giảm hiệu quả ở tần số cao, tần số chuyển mạch càng cao thì tổn thất công suất càng cao.
Bài viết liên quan:
