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新能源汽车充配电系统组成和原理
由于关乎车辆的性能和成本，汽车零部件的集成化、标准化一直是业界努力的方向，要实现快速的产品迭代和平台化应用，标准化和集成化都是两大利器。所谓集成化，就是对原本分立的系统进行集成，从而使得汽车相关组件数量精简，体积变小，质量变轻，效率提升。比如比亚迪基于“e 平台”打造的电动汽车，正是通过高度集成、一体控制，实现了整车重量的减轻、整车布局的优化，能耗效率的提升和可靠性的提高，最终加速推动电动汽车的普及。 高压充配电总成三合一一般包括车载充电机（OBC）、高压配电盒（PDU）以及DC-DC转换器。有些充配电总成还会在三合一的基础之上再集成双向交流逆变式电机控制器(VTOG)，也就是俗称的四合一。 一.车载充电机的组成和原理 车载充电机内部可分为主电路、控制电路、线束及标准件三部分。主电路前端将交流电转换为恒定电压的直流电，主电路后端为DC/DC变换器，将前端转出的直流高压电变换为合适的电压及电流供给动力蓄电池。 车载充电机控制电路具有控制场效应管开关，它与BMS之间进行通信，监测充电机工作状态以及与充电桩握手等。线束及标准件用于主电路与控制电路的连接，固定元器件及电路板。车载充电机工作原理如图所示。 转化原理:220Vac经过EMI滤波电路滤波，通过一次AC-DC转换器整流，将AC整流为DC，后经PFC功率因数校准电路进行升压，再送往开关和变压器变频升压，经过LLC过第二次整流滤波后输出高压直流给动力电池充电（第一次220Vac整流到310Vdc，电压不够，要升压转化两次） 二.高压配电盒 电动汽车高压配电箱(PDU)又称为高压配电盒，是高压系统分配单元。电动汽车具有高电压和大电流的特点，通常配备300V以上的高压系统，工作电可达200A以上，可能危及人身安全和高压零部件的使用安全性。因此，在设计和规划高压动力系统时，不仅要充分满足整车动力驱动要求，还要确保汽车运行安全、驾乘人员安全和汽车运行环境安全。 新能源汽车通常在大功率的电力环境下运行，有的电压高达700V以上，电流高达400A，对高压配电系统的设计及零部件的选用提出了巨大的挑战。高压电源通过高压电缆直接进入高压控制盒后根据各车型系统的需要分配到系统高压电气部件，并且需要保证整个高压系统及各高压电器设备的安全性、绝缘性、电磁干扰屏蔽性等要求。 三.DC-DC转换器 1.功能 (1)驱动直流电机在小功率直流电机驱动的转向、制动等辅助系统中，一般直接采用DC/DC电源变换器供电。 (2)向低压设备供电向电动汽车中的各种低压设备如车灯等供电。 (3)给低压蓄电池充电在电动汽车中，需要高压电源通过降压型 DC/DC转换器给低压蓄电池充电，将动力电池的400V/800V的高压直流电转化为12V低压直流电给低压蓄电池充电。 (4)不同电源之间的特性匹配以燃料电池电动汽车为例，一般采用燃料电池组和动力电池的混合动力系统结构。在能量混合型系统中，采用升压型DC/DC 转换器;在功率混合型系统中，采用双向型DC/DC 转换器。 2.工作原理 3.工作原理简图 4.转换器内部 5.工作条件及判断 工作条件: (1)高压输入范围为DC290~420V (2)低压输入范围为DC9~14V 判断DC/DC是否工作的方法 第一步，保证整车线束正常连接的情况下，上电前使用万用表测量铅酸蓄电池端电压，并记录 第二步，打开到“on档”整车上电，继续读取万用表数值，查看变化情况，如果数值在13.8~14V之间，判断为DC工作 四.双向交流逆变式电机控制器 该控制器为电压型逆变器，利用IGBT将直流电转化成交流电，其主要功能是通过收集挡位信号、加速踏板信号、制动踏板信号等来控制电机，根据不同工况控制电机的正反转、功率、扭矩、转速等，即控制电机的前进、倒退、维持车辆的正常运转。此外，还具备充电控制功能，能进行交直流转换，双向充放电控制，它主要负责充电功率大于3.3KW的交流电（含单相和三相交流电）转换为高压直流电为动力蓄电池充电。该控制器总成分为上、中、下3个单元，上、下层为电机控制单元和充电控制单元，中间层为水道冷却单元。
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电源串联一颗小电阻，干什么用？
开关电源电路中为何需要串联小电阻，起什么作用，在电源中会见到阻值特别小的电阻，通常是0.5-2.2欧姆，它们分别在不同的位置，起到不同的作用。 在电源输入端会串联一颗2.2欧左右的电阻，这样可以限制电容充电电流，还可以起到保险的作用，就是用电阻代替保险管了，节省了一个元件，有短路时，电阻不能通过大电流，就会烧断，不会造成起火。还用用PCB上的铜箔做的很细，代替保险管的，当有大电流时，铜箔很细，不同通过大电流，铜箔就会烧断，保护后级不会扩大故障，这种在小功率的电源中特别常见。关注公众号硬件笔记本 开关电源中还有一个电阻非常小，串联在MOS管的S极R89，这里串的电阻是检流电阻，就是检测变压器初级流过的电流，电源芯片没有检测电流的能力，只能检测电压，就要把流过变压器的初级绕组的电流通过串流的电阻产生电压，把这个电压信号输入到电源芯片中，控制开关电源的过流保护和短路保护。 这里为什么要串联很小的电阻呢，因为串联的电阻大，功率就要大，浪费不必要的电能，影响效率，根据电源芯片的输入保护电压是一定的，电阻越大，电源的过流保护点容易保护，这个电阻是根据电源的功率来设计的，功率越大，电阻越小，所以常见的电阻比较小。 在电磁炉路中也有一个2.2欧3W的电阻，也是起到保险的作用，都是厂家为了节省成本设计的。 还有的就是0欧姆电阻，一开始也不知道为什么要加一个0欧姆电阻，直接短上不就可以了吗？实际也是一个保险电阻，当后级电路有短路，电阻就会烧断，还有就是在单面PCB电路板的直插0欧姆电阻，是用作跳线的作用，单面板只能单面走线，有的地方绕不开，就需要跳线，有的用跳线，有的直接用0欧姆电阻。 还有就是0欧姆电阻在调试时使用，在每一个电路模块的电源串联一颗电阻，当调式时，断开其它的电阻，只连接这一颗电阻，就可以单独调试，尤其在批量的电路板时，某一点可以时断开，也可以是短路，据根据需要，是否焊接这个0欧姆电阻。 经常在电路中遇到小阻值的电阻，每个电阻在每个位置的不同，它的叫法和功能也不同，常见的小电阻就是用于保险的电阻，保险电阻，检测电流大小的电阻，检流电阻。
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开关电源是如何稳压的？PWM是怎么调节的？
开关电源是如何稳压的呢？开关电源有24V,12V,5V,等电压，不会随电网电压波动而输出电压变动，这是因为电源芯片可以通过控制PWM占空比进行调节，那么根据什么做调整呢？ 电源芯片要想稳压控制，稳压到多少V，电源芯片它并不知道，只提供一个电压反馈引脚FB，具体稳压到多少，取决于电路的设计，这样电源芯片就很灵活了，可以做成任意电压的电源了。 那么这个电压检测引脚FB要怎么连接呢？直接连到输出端，显示这是不可取的，电源芯片这端属于高压端，输出测属于低压端，通过变压器隔离了，低压输出端很安全，如果把FB引脚直接连到输出端，这样就不会隔离了，会有高压传入风险，如果低压侧接的是一颗CPU，当电路发生损坏，这颗CPU大概率会牺牲。所以要加入隔离电路，光电耦合器正好适用，光电耦合器是线性的元件，当电路设计合理，输入电压等于输出电压，改变内部光敏三极管的导通，光耦内部实际是一个集电极开漏的光敏三极管，通过上拉电阻接到电源，通过控制光耦内部的LED发光强弱，内部光敏三极管集电极即可产生跟输入端相应的电压，实现了开关电源的初级和次级隔离。那么有了隔离的光耦，还是不能正常工作的，光耦只是一个传输信号的作用，它没有检测电压的能力，谁来控制光耦内部LED的发光强度呢，还需要一个元件，TL431。TL431 器件是三端可调节并联稳压器，是一个可以调节的稳压芯片，通过REF引脚电压，TL431的C极会产生一个稳定的电压。，实际TL431内部也是一个三极管，REF电压和Vref电压比较，控制三极管的导通，就可以用TL431的C极控制光耦LED的发光强度了。 那么这个REF又是谁来控制呢，当然是电压控制，这个电压从哪里来？我们要检测输出电压，就要连接到输出电压端，但是输出端是24V，12V，5V，REF要稳压到多少V呢？这就要看电源芯片3842的FB引脚了，这个是有反馈电压要求的。 3842芯片的FB引脚内部接的是一个误差放大器，同相输入端接的是一个2.5V电压基准，FB电压和基准电压比较控制PWM，那么这个FB引脚电压要在2.5V。那么FB引脚需要2.5V的电压，光耦的输出端电压也要为2.5V,光耦输入端为2.5V,那么正好TL431可以稳压到2.5V,那么当REF引脚产生2.5V时，就可以控制光耦的输入端，反馈到电源芯片的FB引脚。 那么输出电压太高，怎么产生2.5V呢，就需要电阻进行分压，因为这里消耗的电流特别小，所以电阻分压就可以满足要求。这里的电阻是要使用精度高的电阻，精度通常是1％。利用分压计算软件，可以得到两个分压电阻的阻值。这样输出电压的变化就可以反馈到电源芯片的FB引脚，通过控制PWM的占空比，这样一个闭环回路就产生了，就可以稳定的控制输出电压。通过改变这两颗电阻的阻值，就可以小范围的改变输出电压。大范围调整电压还需要改变变压器的绕组，不然电源没有带载能力。 这是一个电源的稳压原理。通过分析，我们可以很好理解电源是如何稳压的，也是一环套一环，每个元件都有它的意义。通过对电源稳压原理的分析，我们不光可以维修好电源，还能设计出一款电源。
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不对称脉宽调制半桥 DC/DCZVS变换器的电路
不对称脉宽调制半桥 DC/DCZVS变换器通过改变控制策略而不需增加额外的电子元器件，就能保持谐振变换器中的主开关管零电压导通，同时当输入电压和负载在一个很大的范围内变化时，它又可像常规 PWM变换器那样通过恒频 PWM控制调节输出电压。 1.工作原理 不对称脉宽调制半桥 DC/DCZVS变换器的电路如图 4-19所示。当开关 S1和 S2在不对称脉宽调制控制下工作时，忽略开关转换过程中的死区时间，S1、S2的工作周期分别为 D和 （1-D），它们与两开关管上的寄生二极管 VD1、VD2，寄生电容 C1、C2组成斩波器将输入直流电压转化成双向电压波形，再通过由隔直电容 CB和高频变压器初级漏感 Lr组成的串联谐振电路将不连续电压转换成连续谐振电流，然后经由变压器次级的整流电路和感性滤波电路向负载提供稳定的直流电压。调节占空比 D的大小就可以改变直流输出电压。 2.电路分析 分析电路稳态工作过程时，先做如下假设。 （1）忽略输出二极管的正向压降和电容。 （2）忽略纹波，电容 CB足够大，认为其电压 UCB近似为常数且等于 DUS。 （3）激磁电感 LM很大，并且认为激磁电流 IM为一常数。 （4）滤波电感 Lo远大于谐振电感 Lr，并且认为通过 Lo的电流 Io连续。 该电路在一个开关周期中有 8种工作模式，控制 S1的占空比 D在 0％ ～ 50％范围内变化，具体分析如下。 t0≤t＜t1：S1和 VD3导通，等效电路如图 4-20所示。由于 Lo和 LM远大于Lr，所以可以认为变压器初级电压是电网整流电压与隔直电容电压之差：
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电机相关的10个电路
01电动与自锁混合电路 这种控制增加了一个中间继电器，当我们按下SB2时，中间继电器KA形成自锁，同时自身的常开点闭合KM线圈得电，按下SB1时KM和KA的线圈同时失电。按下SB3时接触器KM线圈得电松开SB3时KM线圈失电，点动控制。这种接线控制效果比较好，直接给大家上实物接线图吧。 02接触器互锁电动机正反转控制电路 正向转动控制：合上电源开关Q，按下正向起动按钮SB2,接触器KM1的线圈通电并吸合，其主触点闭合，常开辅助触点闭合自锁，电动机M正向旋转。同时KM1的常闭辅助触点断开，避免接触器KM2通电。这时电动机所接电源的相序为A-B-C。 反向转动控制：如果需要电动机由正向旋转变为反向旋转，先按下停止按钮SB1，使正转电路断开，然后再按下反向起动按钮SB3,接触器KM2线圈通电并吸合，其主触点和常开辅助触点闭合，使电动机反转。同时KM2的常闭辅助触点断开，避免接触器KM1通电。这时电动机所接电源相序为C-B-A。 如要电动机停止，只需按下停止按钮SB1即可。 这种控制电路在改变电动机转向时，需要先按停止按钮，再按反转起动按钮，才能使电动机反转。本电路适用于需可逆运行的各种生产机械。 03电机双重联锁正反转控制 正反转控制运用生产机械要求运动部件能向正反两个方向运动的场合。如机床工作台电机的前进及后退控制；万能铣床主轴的正反转控制；圈板机的辊子的正反转；电梯、起重机的上升及下降控制等场所。 04自动往返控制电路 合上电源开关QS，按下起动按钮SB2，KM1线圈得电，KM1联锁触点和自锁触点分别断开和闭合，起到联锁和自锁保护作用，KM1主触点闭合，电动机正转，拖动工作台右移。 05星三角降压启动电路 所谓星三角降压启动是指启动时先把三相绕组做星型连接，等电动机达到一定转速再切换为角形连接进行全压运转。因此星三角降压启动只能用于正常运行时做三角形接法的电动机上。 06单相双电源自动切换电路 双电源切换应用非常广，两个接触器可实现自动切换，主电源的接触器线圈走继电器的常开触点，备用电源的接触器线圈走继电器的常闭触点。 主线路有电的时候，继电器吸合，常开触点闭合，主线路导通。常闭触点断开，备用电源不工作。当主线路断电的时候，继电器也断电。常开触点恢复初始断开状态，主线路断开。备用电路的接触器通过继电器的常闭触点开始工作。 07三相双电源自动切换电路 这个电路采用了继电器ka的常开常闭和接触器km1km2常开常闭双互锁结构，安全可靠。 08两台电动机顺序启动，逆序停止电路 启动按钮按下后km1吸合并保持，KTI1延时后KM2工作；停止按钮按下后，km2先断电停运，经KT22延时后km1断电停运。 09时间继电器控制星三角减压启动电路图 操作者必须在电动机起动结束后，按下全压运行按钮，才可进行工作。若忘记按下全压运行按钮而进行工作，将会烧毁电动机。解决的办法利用时间继电器进行自动控制。 10时间继电器控制自耦变压器减压启动电路 自耦变压器降压启动是利用自耦变压器来降低加在电动机定子绕组上的电压,达到限制起动电流的目的。电动机起动时，定子绕组加上自耦变压器的二次电压。起动结束后，甩开自耦变压器，定子绕组上加额定电压，电动机全压运行。
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家中的零线一直烧毁，怎么办？
近日，一位电友遇到了棘手问题：客户家中的零线频繁烧毁，即便更换为25平方毫米的粗线，问题依旧在短短数日内重现。面对这一困境，他感到束手无策，于是向广大电友求助，希望能找到问题的根源及解决方案。 电友A的见解： 电友A分析，问题可能源于三相不平衡，而这种不平衡很可能是由谐波干扰引起的。他推测，谐波的产生可能与家中大量使用的LED灯及其镇流器有关。这些设备可能导致高压限流，进而产生谐波。他建议，如果家中220V转12V的电源转换器较多，可以尝试安装奇次谐波抑制器来解决问题。 电友B的解读： 电友B则认为，问题根源在于负荷中存在产生3次谐波的设备。3次谐波会改变三相电的夹角，导致零线电流增大，极端情况下，零线电流甚至可能达到相线电流的3倍。 电友C的实战经验： 电友C结合个人经验指出，零线烧毁主要有两个原因：一是虚接，二是三相严重不平衡。他同样提到，LED灯的驱动器容易产生大量谐波，这是零线电流过大的主要原因。虽然理论上可以使用谐波消除器来减少谐波，降低零线电流，但他个人并未尝试过这种方法。他分享了自己的解决方案：增加主零线。他原本的主零线是70平方毫米，后来增加了一根120平方毫米的零线，与原来的70平方毫米零线并行工作，从而解决了零线发烫的问题。 零线烧毁的原因可能涉及多个方面，以下是一些主要原因及解释： 零线接头问题： 零线的接头如果没有接好，可能会因为接触不良而产生火花，长时间下来会导致零线烧焦。 接头处如果处理不合格，如螺丝未锁紧导致虚接，也可能引发零线烧毁。 零线规格不当： 如果零线太细，而所承载的负荷过大，会导致零线超负荷运行，进而烧焦。 在一些情况下，所选择的零线比火线细，致使零线载流能力不足，也可能引发过热烧毁。 三相负载不平衡： 三相负载不平衡是导致零线电流过大的主要原因之一。当三相负载不平衡时，零线会储存电流，容易引发烧毁现象。 三次谐波的产生也可能加剧三相负载不平衡，使得零线电流进一步增大，甚至超过火线电流。 变压器或线路问题： 变压器内引出的线如果出现断路问题，也可能导致零线烧焦。 三相四线制的熔丝如果熔断，或者配电变压器的零线接线柱与导线连接接触不良，也可能引发零线断路或烧毁。 其他外部因素： 外部因素如大风刮断零线、车辆碰撞电杆或拉线等，也可能导致零线断路或烧毁。 非线性负载（如LED灯驱动器）产生的谐波电流，也可能使零线过热并烧毁。 针对零线烧毁的问题，可以采取以下措施进行预防和解决： 确保零线接头连接牢固，避免接触不良和虚接现象。 根据负荷情况选择合适的零线规格，避免超负荷运行。 尽量保持三相负载平衡，减少谐波电流的产生。 定期检查和维护变压器及线路，确保线路连接良好、无断路问题。 对于易受外部因素影响的零线，应加强防护措施，如增加防风、防撞设施等。 综上所述，零线频繁烧毁的问题可能涉及三相不平衡、谐波干扰等多个方面。针对这一问题，可以尝试安装谐波抑制器、优化负荷分布、增加主零线等方法进行解决。但具体方案还需根据实际情况进行选择和调整。希望这些建议能为遇到类似问题的电友提供有益的参考。
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