DC到DC变流器制造技术

提供了一种DC到DC变流器(1)，具有到AC功率的中间转换，该DC到DC变流器(1)包括：变压器(Tr)，具有初级绕组(Wp)和次级绕组(Ws)；第一DC到AC转换电路(S1、S2、S3、S4)，其AC端子与变压器(Tr)的初级绕组(Wp)耦合；第一AC到DC转换电路(D11、D12、D13、D14)，其AC端子跨变压器(Tr)的次级绕组(Ws)的第一抽头(T1)和第二抽头(T2)而被耦合；第二AC到DC转换电路(D21、D22、D23、D24)，其AC端子跨变压器(Tr)的次级绕组(Ws)的第三抽头(T3)和第四抽头(T4)而被耦合，其中第一抽头(T1)和第二抽头(T2)沿着变压器(Tr)的次级绕组(Ws)被布置在第三抽头(T3)与第四抽头(T4)之间；以及至少一个第一功率开关(SU，SL)，被布置在第一AC到DC转换电路(D11、D12、D13、D14)的DC端子中的一个DC端子与第二AC到DC转换电路(D21、D22、D23、D24)的DC端子中的一个DC端子之间。通过具有以上的解决方案，DC输出电压可以通过仅操作一个功率开关而在两电平之间改变。因为功率开关比多个功率二极管更昂贵，所以通过降低负责改变DC电压输出电平的功率开关的数目，有助于降低成本以及控制的复杂性。此外，功率损耗可以由于较少的功率开关的切换而减少。

DC to DC converter

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】DC到DC变流器
本专利技术涉及DC到DC变流器，并且更特别地涉及具有到AC功率的中间转换的DC到DC转换。
技术介绍
DC到DC功率变流器是许多现代应用中所需要的。例如，在高电压、高功率的应用中，诸如用在电信、电池充电器、以及具有功率因数校正的不间断电源上的应用中，需要这样的变流器。随着开关频率的增加，与设备闭合和关断相关联的开关损耗也随之增加。在诸如LLC谐振变流器的软开关DC到DC功率变流器中，开关损耗能够更小，从而允许该谐振变流器在更高频率上操作。因此，对于需要前述规格的一些应用，谐振变流器的使用仍然是令人感兴趣的选项。LLC谐振变流器的输出电压通过改变开关频率而被调整。但是，由于谐振回路(resonanttank)的参数被最优地设计，当输出电压与额定输出电压相差较大时，性能将会下降。因此在实际情况下，附加的降压/升压被推荐与LLC谐振变流器一起使用，这反而导致功率密度减小和成本增加。为了满足输出电流纹波或降低输出电感的要求，通常使用交错的降压/升压。但是，这会导致更复杂的控制和驱动系统。为了克服这个问题，常规的解决方案使用多绕组高频变压器来建立多个输出电压电平，同时LLC谐振变流器可以被设计在小的开关频率范围内。FranciscoCanales等人在AHigh-Power-DensityDCtoDCConverterforHigh-PowerDistributedPowerSystems,PowerElectronicsSpecialistConference,2003.PESC'03.2003IEEE34thAnnual中给出了一个示例。该论文的图4示出了用于功率DC到DC变流器中的整流器的拓扑。根据功率开关(S5,S6)的状态，变压器次级绕组四个抽头中的三个抽头被导通以用于输出AC功率，该输出AC功率又在变流器的输出处被转换为DC功率。这些现有技术的变流器呈现的缺点之一是，它们最多允许两电平DC电压输出。为了提高DC输出电压电平的数目，必须包括附加的双向阻断功率开关。这进而导致功率损耗、成本以及复杂性的增加。
技术实现思路
根据本专利技术的一个方面，提供了一种DC到DC变流器，具有到AC功率的中间转换，该DC到DC变流器包括：变压器，具有初级绕组和次级绕组；第一DC到AC转换电路，其AC端子与变压器的初级绕组耦合；第一AC到DC转换电路，其AC端子跨变压器的次级绕组的第一抽头和第二抽头而被耦合；第二AC到DC转换电路，其AC端子跨变压器的次级绕组的第三抽头和第四抽头而被耦合，其中第一抽头和第二抽头沿着变压器的次级绕组被布置在第三抽头与第四抽头之间；以及至少一个第一功率开关，被布置在第一AC到DC转换电路的DC端子中的一个DC端子与第二AC到DC转换电路的DC端子中的一个DC端子之间。通过具有以上的解决方案，DC输出电压可以通过仅操作一个功率开关(即，第一功率开关或第一功率开关)而在两电平之间改变。因为功率开关比多个功率二极管更昂贵，所以通过降低负责改变DC输出电压电平的功率开关的数目，有助于降低成本以及控制的复杂性。此外，功率损耗可以由于较少的功率开关的切换而减少。优选地，至少一个第一功率开关包括功率开关，该功率开关被布置在第一AC到DC转换电路的下DC端子与第二AC到DC转换电路的下DC端子之间，在导通状态(on-state)下允许电流流入第二AC到DC转换电路。并且，至少一个第一功率开关包括另一功率开关，该另一功率开关被布置在第一AC到DC转换电路的上DC端子和第二AC到DC转换电路的上DC端子之间，允许电流在通状态时从第二AC到DC转换电路流出。这使得通过使用两个第一功率开关来输出三电平DC电压成为可能。优选地，跨次级绕组的第三抽头和第一抽头的绕组与跨第二抽头和第四抽头的绕组之间的匝数比基本上等于一。以便提供具有相等电压间隔的两电平DC输出电压或三电平DC输出电压。附图说明在以下文本中，本专利技术的主题将更详细地参照在附图中图示的优选示例性实施例进行解释，其中：图1示出了根据本专利技术的实施例的具有到AC功率的中间转换的DC到DC变流器；图2示出了根据本专利技术的另一实施例的具有到AC功率的中间转换的DC到DC变流器；图3示出了根据本专利技术的另一实施例的具有到AC功率的中间转换的DC到DC变流器；图4A、图4B、图4C以及图4D示出了在根据图1的DC到DC变流器的次级侧中的电流路径；图5A、图5B、图5C以及图5D示出了在根据图2的DC到DC变流器的次级侧中的电流路径；以及图6A、图6B、图6C、图6D、图6E、图6F、图6G以及图6H示出了在根据图3的DC到DC变流器的次级侧中的电流路径。附图中所用到的附图标记及其含义在附图标记列表中以概要的形式列出。原则上，在附图中为相同的部分设置相同的附图标记。具体实施方式尽管本专利技术允许各种修改或备选形式，但本专利技术的特定实施例在附图中以示例的形式示出，并且将在本文中详细描述。应当理解的是，附图和对附图的详细描述并不旨在将本专利技术限制于所公开的特定形式，相反地，意图是覆盖在所附权利要求限定的本专利技术的精神和范围内的所有修改、等同物和备选方案。注意，标题仅用于编排的目的，并不意味着用于限制或者解释说明书或权利要求。此外，注意词语“可以(may)”在本申请中用作许可(即，具有可能、能够)的意义，而不是用作强制(即，必须)的意义。术语“包括”以及它的派生词表示“包括，但不限于”。术语“耦合”表示“直接或间接耦合”，以及术语“coupled”表示“直接或间接耦合”。图1示出了根据本专利技术的实施例的具有到AC功率的中间转换的DC到DC变流器。参考图1，示出了根据本公开概念的一个非限制性示例实施例的DC到DC变流器1。输入电压Vin在DC到DC变流器1的初级侧上被接收。DC到DC变流器1的初级侧包括第一DC到AC转换电路S1、S2、S3、S4，该第一DC到AC转换电路接收输入电压Vin。例如，第一DC到AC转换电路S1、S2、S3、S4可以包括由控制单元10控制的、具有全桥拓扑结构的四个功率开关S1、S2、S3、S4。作为备选，第一DC到AC转换电路可以使用不同的拓扑结构，诸如推挽。第一DC到AC转换电路可以配备有谐振回路20，谐振回路20电连接到变压器Tr的初级绕组Wp，并且驱动谐振回路20以实现功率设备的软开关。变压器Tr具有初级绕组Wp以及次级绕组Ws。变压器Tr的初级绕组Wp跨第一DC到AC转换电路S1、S2、S3、S4的AC端子被电耦合，其中谐振回路可以被插入该AC端子之间。变压器Tr具有磁感应部件。例如而非限制，磁感应部件可以由变压器Tr的铁磁芯(未示出)引起。变压器Tr将DC到DC变流器1的初级侧和次级侧彼此隔离。变压器Tr的次级绕组Ws包括四个抽头T1，T2，T3，T4。第一抽头T1和第二抽头T2沿着变压器Tr的次级绕组Ws被布置在第三抽头T3与第四抽头T4之间。第一抽头T1和第二抽头T2跨第一AC到DC转换电路D11、D12、D13、D14的AC端子被电耦合。第三抽头T3和第四抽头T4跨第二AC到DC转换电路D21、D22、D23、D24的AC端子被电耦合。DC到DC变流器1的输出电压Vout跨第一AC到DC转换电路D11、D12、D13、D14的DC端子本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DC到DC变流器，具有到AC功率的中间转换，所述DC到DC变流器包括：变压器，具有初级绕组和次级绕组；第一DC到AC转换电路，所述第一DC到AC转换电路的AC端子与所述变压器的所述初级绕组耦合；第一AC到DC转换电路，所述第一AC到DC转换电路的AC端子跨所述变压器的所述次级绕组的第一抽头和第二抽头而被耦合；第二AC到DC转换电路，所述第二AC到DC转换电路的AC端子跨所述变压器的所述次级绕组的第三抽头和第四抽头而被耦合，其中所述第一抽头和所述第二抽头沿着所述变压器的所述次级绕组被布置在所述第三抽头与所述第四抽头之间；以及至少一个第一功率开关，被布置在所述第一AC到DC转换电路的DC端子中的一个DC端子与所述第二AC到DC转换电路的DC端子中的一个DC端子之间。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种DC到DC变流器，具有到AC功率的中间转换，所述DC到DC变流器包括：变压器，具有初级绕组和次级绕组；第一DC到AC转换电路，所述第一DC到AC转换电路的AC端子与所述变压器的所述初级绕组耦合；第一AC到DC转换电路，所述第一AC到DC转换电路的AC端子跨所述变压器的所述次级绕组的第一抽头和第二抽头而被耦合；第二AC到DC转换电路，所述第二AC到DC转换电路的AC端子跨所述变压器的所述次级绕组的第三抽头和第四抽头而被耦合，其中所述第一抽头和所述第二抽头沿着所述变压器的所述次级绕组被布置在所述第三抽头与所述第四抽头之间；以及至少一个第一功率开关，被布置在所述第一AC到DC转换电路的DC端子中的一个DC端子与所述第二AC到DC转换电路的DC端子中的一个DC端子之间。2.根据权利要求1所述的DC到DC变流器，其中：所述至少一个第一功率开关包括：被布置在所述第一AC到DC转换电路的下DC端子与所述第二AC到DC转换电路的下DC端子之间的功率开关，在导通状态下允许电流流入所述第二AC到DC转换电路。3.根据权利要求2所述的DC到DC变流器，其中：所述至少一个第一功率开关包括：被布置在所述第一AC到DC转换电路的上DC端子与所述第二AC到DC转换电路的上DC端子之间的另一功率开关，在导通状态下允许电流从所述第二AC到DC转换电路流出。4.根据权利要求1所述的DC到DC变流器，其中：所述至少一个第一功率开关包括：被布置在所述第一AC到DC转换电路的上DC端子与所述第二AC到DC转换电路的上DC端子之间的功率开关，在导通状态下允许电流从所述第二AC到DC转换电路流出。5.根据前述权利要求中任一项所述的DC到DC变流器，还包括：电容性元件，跨所述第一AC到...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚大伟，杨晓波，范国兴，宗升，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH