直流电压转换器和用于操控直流电压转换器的方法技术

本发明专利技术涉及一种耐压强度高以及功率损耗被减小的直流电压转换器以及一种用于操控耐压强度高以及功率损耗被减小的直流电压转换器的方法。在这种情况下，提出了利用新式的调制方法对按照移相全桥配置的电位隔离的多级半桥转换器的经优化的操控。

DC Voltage Converter and Method for Manipulating DC Voltage Converter

The invention relates to a DC voltage converter with high voltage withstanding strength and reduced power loss, and a method for operating a DC voltage converter with high voltage withstanding strength and reduced power loss. In this case, a novel modulation method is proposed to optimize the operation of a potential-isolated multistage half-bridge converter based on phase-shifted full-bridge configuration.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】直流电压转换器和用于操控直流电压转换器的方法
本专利技术涉及一种直流电压转换器和一种用于操控直流电压转换器的方法。
技术介绍
除了低压电网（12伏特车载电网）之外，电动车辆和混合动力车辆通常也包括高压电网。该高压电网例如可以由高压电池、诸如电动车辆或混合动力车辆的牵引电池来馈电。通常，高压电网中的电压在几百伏特的范围内。为了将电能馈入到低压电网中，可以将电能从高压电网传输到低压电网中。出版文献DE102012204029A1公开了一种用于具有两个电压域的电动车辆的传输设备。该设备包括检测装置，该检测装置检测第二电压域的蓄能器的充电状态。该设备还包括直流电压转换器，该直流电压转换器根据在第二电压域中的蓄能器的充电状态来将电功率从第一电压域传输到第二电压域中。出于安全原因，在高压电网与低压电网之间传输电能时，对两个电网进行电流隔离。这通常通过变压器来实现。
技术实现思路
本专利技术提供了一种具有专利独立权利要求1的特征的直流电压转换器和一种具有专利独立权利要求8的特征的用于操控直流电压转换器的方法。因此规定：一种直流电压转换器，该直流电压转换器具有第一输入连接端和第二输入连接端。在直流电压转换器的第一输入连接端与第二输入连接端之间可以施加输入电压。该直流电压转换器包括：第一开关元件，该第一开关元件布置在第一输入连接端与第一节点之间；第二开关元件，该第二开关元件布置在第一输入连接端与第二节点之间；第三开关元件，该第三开关元件布置在第一节点与第一输入连接端之间；和第四开关元件，该第四开关元件布置在第二节点与第二输入连接端之间。可以分别与第一开关元件、第二开关元件、第三开关元件和第四开关元件并联地布置续流二极管。该直流电压转换器还包括变压器，该变压器具有一次侧和二次侧。变压器的第一侧的第一连接端与第一节点电耦合，而变压器的一次侧的第二连接端与第二节点电耦合。该直流电压转换器还包括第一电感，该第一电感布置在变压器的二次侧的第一连接端与第三节点之间。该直流电压转换器还包括整流电路，该整流电路被设计为：对在第三节点与变压器的二次侧的第二连接端之间的电压进行整流，而且在第一输出连接端与第二输出连接端之间提供经整流的电压。该直流电压转换器还包括控制装置。该控制装置被设计为：首先将第二开关元件和第三开关元件断开并且将第一开关元件和第四开关元件闭合。该控制装置还被设计为：紧接着在预先确定的第一时间区间之后将第四开关元件断开，而且接着在经过第一开关元件的电流和/或经过变压器的二次侧的电流小于预先给定的阈值之后，将第一开关元件断开。该控制装置还被设计为：紧接着在预先确定的第二时间区间之后将第二开关元件和第三开关元件闭合，而且紧接着在与预先确定的第一时间区间相对应的时间区间之后将第三开关元件断开。该控制装置还被设计为：接着，在经过第二开关元件的电流和/或经过变压器的二次侧的电流低于该预先给定的阈值之后，将第二开关元件断开。此外还规定：一种用于操控直流电压转换器的方法。该直流电压转换器例如可以是具有之前描述的结构的直流电压转换器。该直流电压转换器尤其包括：第一输入连接端；第二输入连接端；第一开关元件，该第一开关元件布置在第一输入连接端与第一节点之间；第二开关元件，该第二开关元件布置在第一输入连接端与第二节点之间；第三开关元件，该第三开关元件布置在第一节点与第二输入连接端之间；第四开关元件，该第四开关元件布置在第二节点与第二输入连接端之间。可以分别与第一至第四开关元件并联地布置续流二极管。该直流电压转换器还包括变压器，该变压器具有一次侧和二次侧，其中一次侧的第一连接端与第一节点电耦合，而一次侧的第二连接端与第二节点电耦合。该直流电压转换器还包括：第一电感，该第一电感布置在变压器的二次侧的第一连接端与第三节点之间；和整流电路，该整流电路被设计为对如下电压进行整流，该电压附在第三节点与变压器的二次侧的第二连接端之间。该直流电压转换器还包括第一输出连接端和第二输出连接端，其中该直流电压转换器在第一输出连接端与第二输出连接端之间提供经整流的电压。该方法包括如下步骤：将第二开关元件和第三开关元件断开；将第一开关元件和第四开关元件闭合；在第四开关元件被断开预先确定的第一时间区间之后，将第四开关元件断开；监控经过第一开关元件的电流和/或经过变压器的二次侧的电流；在所监控的经过第一开关元件和/或经过变压器的二次侧的电流小于预先给定的阈值之后，将第一开关元件断开；在第一开关元件被断开预先确定的第二时间区间之后，将第二开关元件和第三开关元件闭合；在第三开关元件被断开如下预先确定的时间区间之后，将第三开关元件断开，该预先确定的时间区间对应于预先确定的第一时间区间；监控经过第二开关元件的电流和/或经过变压器的二次侧的电流；而且在所监控的经过第二开关元件和/或经过变压器的二次侧的电流小于预先给定的阈值之后，将第二开关元件断开。本专利技术的优点本专利技术所基于的认识在于：在全桥移相（Full-Bridgephaseshifted，FBPS）的直流电压转换器的升压运行时，在能量从低压侧朝着高压侧的方向流动的情况下，在直流电压转换器的输入侧上的开关元件通常被硬切换。根据截止电压或在高压侧上的电压的大小，在整流构件（二极管）中可能出现所谓的“反向恢复效应（Reverse-Recovery-Effekt）”。在此，二极管不能立即接受截止电压，而是尽管附上有截止电压，该二极管仍在短时间内导电。在此，形成经过二极管的短暂的并且高的电流脉冲。该电流脉冲造成构件中的高损耗。常规的体二极管通常没有针对这种运行模式来设计，如这些体二极管例如被用于高压侧上的MOSFET那样。因而，在该模式下，器件在较长的运行时可能被损坏。因而，本专利技术所基于的思想在于：考虑该认识并且提供一种直流电压转换器，该直流电压转换器应成本低廉地来建造而且在此具有尽可能微小的开关损耗。本专利技术的思想尤其是：设置一种用于电位隔离的直流电压转换器的调制方法，其中各个构件、尤其是半导体开关尽可能小地被之前描述的反向恢复效应加负荷。为此，本专利技术提供了一种用于PSFB直流电压转换器的调制方法，其中由于对各个半导体开关的创新性操控可以降低开关损耗。因此，由于各个开关元件中的开关损耗的降低，整流电路的损耗功率也降低。因而，也须将更少的热量排出。这能够在电路结构的结构空间或体积更小的情况下同时实现更高效的冷却。因此，也可以降低整流电路的总花费。此外，由于结构紧凑，关于电磁兼容性方面所需的抗干扰措施的花费也降低。按照一个实施方式，在第一输入连接端与第二输入连接端之间能施加输入电压。该输入电压大于变压器的在一次侧与二次侧之间的变压比和额定输出电压之乘积，该额定输出电压应该在直流电压转换器的整流电路的第一输出连接端与第二输出连接端之间被提供。在这种情况下，在输入连接端与变压器之间的电路结构作为降压转换器来运行，该电路结构在该降压转换器运行模式下提供如下调制电压，该调制电压的平均值小于在直流电压转换器的输入连接端之间的直流电压。按照一个实施方式，预先确定的第一时间区间能根据在第一输入连接端与第二输入连接端之间的输入电压和/或额定输出电压来适配。以这种方式，通过调整时间区间可以实现针对直流电压转换器的输出电压的电压调节。按照一个实施方式，该直流电本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种直流电压转换器（1），其具有：第一输入连接端（E1）；第二输入连接端（E2）；第一开关元件（S1），所述第一开关元件布置在第一输入连接端（E1）与第一节点（K1）之间；第二开关元件（S2），所述第二开关元件布置在第一输入连接端（I1）与第二节点（K2）之间；第三开关元件（S3），所述第三开关元件布置在第一节点（K1）与第二输入连接端（E2）之间；第四开关元件（S4），所述第四开关元件布置在第二节点（K2）与第二输入连接端（E2）之间，其中分别有续流二极管（D1‑D4）与所述开关元件（S1‑S4）并联地布置；变压器（T），所述变压器具有一次侧和二次侧，其中一次侧的第一连接端与第一节点（K1）电耦合，而一次侧的第二连接端与第二节点（K2）电耦合；第一电感（L1），所述第一电感布置在所述变压器（T）的二次侧的第一连接端与第三节点（K3）之间；整流电路（10），所述整流电路被设计为：对附在第三节点（K3）与所述变压器的二次侧的第二连接端之间的电压进行整流，而且在第一输出连接端（A1）与第二输出连接端（A2）之间提供经整流的电压；和控制装置（20），所述控制装置被设计为：‑ 将所述第二开关元件（S2）和所述第三开关元件（S3）断开；‑ 将所述第一开关元件（S1）和所述第四开关元件（S4）闭合；‑ 紧接着在预先确定的第一时间区间（t1）之后将所述第四开关元件（S4）断开；‑ 接着，在经过所述第一开关元件（S1）的电流和/或经过所述变压器（T）的二次侧的电流低于预先给定的阈值之后，将所述第一开关元件（S1）断开；‑ 紧接着在预先确定的第二时间区间（t2）之后，将所述第二开关元件（S2）和所述第三开关元件（S3）闭合；‑ 紧接着在与所述预先确定的第一时间区间（t1）之后，将所述第三开关元件（S3）断开；‑ 接着，在经过所述第二开关元件（S2）的电流和/或经过所述变压器（T）的二次侧的电流低于所述预先给定的阈值之后，将所述第二开关元件（S2）断开。...

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.10.18 DE 102016220358.41.一种直流电压转换器（1），其具有：第一输入连接端（E1）；第二输入连接端（E2）；第一开关元件（S1），所述第一开关元件布置在第一输入连接端（E1）与第一节点（K1）之间；第二开关元件（S2），所述第二开关元件布置在第一输入连接端（I1）与第二节点（K2）之间；第三开关元件（S3），所述第三开关元件布置在第一节点（K1）与第二输入连接端（E2）之间；第四开关元件（S4），所述第四开关元件布置在第二节点（K2）与第二输入连接端（E2）之间，其中分别有续流二极管（D1-D4）与所述开关元件（S1-S4）并联地布置；变压器（T），所述变压器具有一次侧和二次侧，其中一次侧的第一连接端与第一节点（K1）电耦合，而一次侧的第二连接端与第二节点（K2）电耦合；第一电感（L1），所述第一电感布置在所述变压器（T）的二次侧的第一连接端与第三节点（K3）之间；整流电路（10），所述整流电路被设计为：对附在第三节点（K3）与所述变压器的二次侧的第二连接端之间的电压进行整流，而且在第一输出连接端（A1）与第二输出连接端（A2）之间提供经整流的电压；和控制装置（20），所述控制装置被设计为：-将所述第二开关元件（S2）和所述第三开关元件（S3）断开；-将所述第一开关元件（S1）和所述第四开关元件（S4）闭合；-紧接着在预先确定的第一时间区间（t1）之后将所述第四开关元件（S4）断开；-接着，在经过所述第一开关元件（S1）的电流和/或经过所述变压器（T）的二次侧的电流低于预先给定的阈值之后，将所述第一开关元件（S1）断开；-紧接着在预先确定的第二时间区间（t2）之后，将所述第二开关元件（S2）和所述第三开关元件（S3）闭合；-紧接着在与所述预先确定的第一时间区间（t1）之后，将所述第三开关元件（S3）断开；-接着，在经过所述第二开关元件（S2）的电流和/或经过所述变压器（T）的二次侧的电流低于所述预先给定的阈值之后，将所述第二开关元件（S2）断开。2.根据权利要求1所述的直流电压转换器（1），其中在第一输入连接端（E1）与第二输入连接端（E2）之间的输入电压（Uin）小于所述变压器（T）的在一次侧与二次侧之间的变压比和要在第一输出连接端（A1）与第二输出连接端（A2）之间输出的额定输出电压（Uout）之乘积。3.根据权利要求1或2所述的直流电压转换器（1），其中所述预先确定的第一时间区间（t1）能根据输入电压（Uin）和/或额定输出电压（Uout）来适配。4.根据权利要求1至3之一所述的直流电压转换器（1），其中所述整流电路（10）包括有源同步整流电路。5.根据权利要求4所述的直流电压转换器（1），其中所述控制装置（20）还被设计为：根据所述第一开关元件（S1）和所述第二开关元件（S2）的开关状态来...

【专利技术属性】
技术研发人员：E古迪诺卡里萨莱斯，
申请(专利权)人：罗伯特·博世有限公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE