全桥转换器

燃料电池发动机输出的电压一般为240～450V，燃料电池的输出电压随着燃料电池输出的电流的增大而减小。另外，由于燃料电池不能充电，因此，配置单向全桥DC/DC转换器，将燃料电池的波动电流转换为稳定、可控的直流电源。全桥DC/DC转换器输入端用4个导通开关和4个整流二极管共同组成大功率的直流电转换器（IGBT），中部为高频变压器Tr，输出端用4个整流二极管共同组成整流器。绝缘型全桥DC/DC转换器电路的原理如图12-3所示。

图12-3　绝缘型全桥DC/DC转换器的原理

当导通开关T1先导通时，在延迟一定的α电位角后再导通开关T4，而T2和T3被截止。T1和T4轮流导通180°电位角，此时电压U1＝Uin。然后转换为开关T2先导通，在延迟一定的电位角后，再导通开关T3，而T1和T4被截止，T2和T3轮流导通180°电位角，此时电压U1＝-Uin。当控制4个开关管轮流导通时，将产生交变电压和电流，在A、B两个点上可以得到一个交流方波电压和电流。

在交流方波电压原边电路中串联一个电容C2，以防止变压器的磁偏心，然后将交流方波电压U1输入到变压器Tr的原边中，变压器通过调节占空比来调节输出电压Uo，控制和保持副边输出电压Uo的稳定。副边后面与一个4管整流器相连接，通过整流后在C、D两个点上可以得到一个直流电压。C、D电路中加入由电感Lf和电容Cf组成的滤波器，将直流方波电压中的高频分量滤除，得到一个平直的直流电压。

只要改变导通时间，就可以调节输出电压Uo的值。选择智能控制的大功率全桥DC/DC转换器，可以有良好的自我保护能力和使用寿命。

DC/DC转换器的外特性如图12-4所示，单向DC/DC转换器的控制框图如图12-5所示。根据燃料电池汽车的动力性能设计要求，确定DC/DC转换器输出电压的给定值。当燃料电池电流逐渐增大时，电压基本保持平稳，通过对输出电压的闭环控制，实现DC/DC转换器的恒压输出（图12-4中的AB段）。当燃料电池电流继续增大、电压快速下降时，通过对输出功率控制，实现DC/DC转换器的恒功率输出（图12-4中的BC段）。由于燃料电池的电压达到下限值要受到所反应的温度、压力和环境等的影响，图12-4的BC段的功率不能事先给定，而是用此时通过燃料电池的输出电压和电流来测定，并实时对DC/DC的输出功率进行调节，这是保证燃料电池不会发生过放电的关键措施。当DC/DC转换器达到最大输出电流时，电压迅速下降（图12-4中CD段）为恒电流段，其电流值决定DC/DC转换器的最大输出电流。

图12-4　DC/DC转换器的外特性

图12-5　DC/DC转换器的控制框图

控制芯片控制功率半导体导通、截止。调制方式有PFM（脉冲频率调制方式）和PWM（脉冲宽度调制）两种方式。PFM调制时开关脉冲宽度一定，通过改变脉冲输出的时间，使输出电压达到稳定。PWM（脉冲宽度调制）方式开关脉冲的频率一定，通过改变脉冲输出宽度，使输出电压达到稳定。通常情况下，采用PFM和PWM这两种不同调制方式的DC/DC转换器的性能不同点见表12-2。

表12-2　两种不同调制方式转换器的性能不同点

在选用较低频率的情况下，小负载时，效率较高，输出电压的纹波较大。在选用较高频率的情况下，小负载时，效率很低，输出电压的纹波较小。因此，在小负载或待机时间较长的情况下，选用低的频率，转换电路的效率较高，但若考虑输出电压的纹波问题，若选用高的频率，纹波电压会较小。DC/DC转换器通过开关动作进行升压或降压，特别是晶体管或场效应管处于快速开关时，会产生尖峰噪声以及电磁干扰。