DC-DC转换器制造技术

DC‑DC转换器包括至少两个电感元件(3)、开关电路(2)和整流电路(4)，其中所述至少两个电感元件(3)包括变压器(312、322)，至变压器(312、322)的初级绕组的输入端子(314、324、315、325)，至变压器(312、322)的次级绕组的输出端子(316、326、317、327)，以及通过这些端子中的一个的电流路径中的至少一个转换器电感(311)，所述开关电路(2)布置为分别向第一和第二电感元件(31、32)的输入端子(314、315)提供第一和第二交流电压，所述整流电路(4)布置为分别对在所述第一和第二电感元件(31、32)的输出端子(316、317)处产生的第一和第二输出电压进行整流，其中该第一电感元件(31)的该输出端子中的一个电容性地耦合至该第二电感元件(32)的输出端子中的一个。

【技术实现步骤摘要】
DC-DC转换器
本专利技术涉及电子功率转换器的领域，尤其涉及一种可以用作谐振转换器的DC-DC转换器。
技术介绍
电动汽车(EV)的车载充电器(OBC)通常是两级转换器。首先，功率因数补偿(PFC)级对交流电源电压进行整流，并提供稳定的直流链路电压。其次，DCDC级用于提供PFC级的DC链路和HV电池之间的电流隔离，以及PFC级的恒定DC链路电压和可变电池电压之间的电压适配。如今，LLC拓扑图图1是OBC的DCDC级的最新技术。LLC具有两个主要优点：首先，MOSFET始终在零电压开关条件下工作，从而允许高频工作。其次，初级绕组均方根(RMS)电流在满功率时很低，从而降低了MOSFET的传导损耗。两种优点都可以使MOSFET的成本保持较低，而MOSFET是DCDC级中最昂贵的部分。但是，LLC的功率流是通过将开关频率改变2-3倍来控制的。可变的频率给EMI滤波器设计和LLC的变压器带来了其他挑战。此外，在轻负载时，初级绕组Ip(RMS)以及因此MOSFET处的RMS电流相对较高。如图2所示：如果在最大电池电压(VB)为500V时将功率从11kW降低到2.2kW负载，则初级绕组电流仅从15.7A略微降低到12.9A。因此，LLC在高输出电压下的轻负载效率相对较差。在高输出电压和轻负载下，LLC的初级绕组电流较高的原因是，LLC需要一定值的励磁电流才能覆盖所需的电池电压范围。在轻负载时，该励磁电流会保留并导致不必要的传导损耗。可以用于OBC的DCDC级的另一种拓扑结构是图3所示的零电压开关串联谐振转换器(ZVSSRC)。它以恒定的开关频率工作，并且还为MOSFET提供零电压开关—但是不需要那么大的励磁电流。但是，如图4所示，满载时ZVSSRC的初级绕组RMS电流通常高于LLC的初级绕组RMS电流，并且随着较低的电池电压而增加。其原因是ZVSSRC的占空比被改变以控制输出电流。电池电压越低，占空比越低，有效初级绕组电压就越低。低初级绕组电压要求较高的初级绕组电流来传递功率，因此ZVSSRC的初级绕组电流在低电池电压时较高。但是，如果减小功率，则ZVSSRC的初级绕组电流也几乎成比例地减小。
技术实现思路
因此，本专利技术的目的是创造一种最初提及的类型的DC-DC转换器，该DC-DC转换器克服了至少一些上述缺点。这些目的通过根据权利要求1的DC-DC转换器来实现。DC-DC转换器被设计用于在包括正输入端子和负输入端子的输入侧和包括正输出端子和负输出端子的输出侧之间交换电力。DC-DC转换器包括·至少两个电感元件，第一电感元件和第二电感元件，每个电感元件包括о变压器о第一输入端子和第二输入端子，其布置为向变压器的初级绕组提供电流，о第一输出端子和第二输出端子，其布置为向变压器的次级绕组供应电流，о以及布置在流经相应电感元件的端子中的至少一个(即，其输入端子和输出端子中的至少一个)的电流的路径中的至少一个转换器电感，·开关电路，布置为о向第一电感元件的第一输入端子和第二输入端子提供第一交流电压，以及о向第二电感元件的第一输入端子和第二输入端子提供第二交流电压，·布置在正输出端子和负输出端子之间的整流电路，о对在第一电感元件的第一输出端子和第二输出端子之间产生的第一输出电压进行整流，以及о对在第二电感元件的第一输出端子和第二输出端子之间产生的第二输出电压进行整流，第一电感元件的输出端子中的一个电容性地耦合至第二电感元件的输出端子中的一个。该电容性耦合可以通过转换器电容来实现。该电容性耦合与转换器电感中的一个共同构成了串联谐振转换器的谐振电路。该拓扑相对于现有技术(尤其是相对于LLC拓扑)的主要优点是：·它可以以恒定的开关频率驱动。这继而降低了EMC滤波器的要求，并简化了控制。·RMS电流可能相对较低，特别是与DC输入电流成比例。·即使在电源和电压的较宽工作范围内，轻负载的效率也更高。在实施例中，DC-DC转换器包括控制单元，该控制单元被配置为控制第一交流电压和第二交流电压以具有相对于彼此的相移，该相移控制输入侧和输出侧之间的功率传递。控制单元可以被布置成产生开关命令以驱动开关电路的开关单元以产生与期望的交流电压相对应的所需电压轨迹。在实施例中，控制单元被配置为将第一交流电压和第二交流电压控制为脉冲波，特别是方波。在实施例中，开关电路包括电压中点，并且对于每个电感元件，一个相关联的半桥被布置在正输入端子与负输入端子之间，并且电感元件中的每一个的输入端子中的一个连接到电压中点，以及其另一个输入端子连接到该相关联的半桥的相关联的桥中点。这允许将正输入端子和负输入端子之间的一半的电压(或其反相电压)施加到电感元件中的每一个的输入端子。在实施例中，电压中点通过上输入电容被电容性地耦合到正输入端子，并且通过下输入电容被电容性地耦合到负输入端子。在实施例中，对于电感元件中的每一个，开关电路包括布置在正输入端子和负输入端子之间的两个相关联的半桥，并且电感元件中的每一个的输入端子中的每一个连接到相关联的半桥的相关联的桥中点。换句话说，开关电路包括用于电感元件的每一个的全桥电路。这允许将在正输入端子和负输入端子处提供的全电压(或其反相电压)施加到该电感元件的每一个的输入端子。在一个实施例中，对于每个电感元件，开关电路包括相关联的推挽逆变器。其中，每个电感元件的初级绕组都包括一个附加的中心抽头，连接到正输入端子。每个电感元件的每个输入端子都可以通过关联的半导体开关被连接到负输入端子。在实施例中，半桥中的每一个包括将正输入端子连接到桥中点的上开关单元和将桥中点连接到负输入端子的下开关单元，其中优选地，每个开关单元包括与续流二极管并联的半导体开关。在实施例中，对于电感元件中的每一个，整流电路包括布置在各个电感元件的输出端子以及正输出端子和负输出端子之间的相关联的二极管桥式整流器。在实施例中，DC-DC转换器包括三个或更多个电感元件，·开关电路被布置为о分别向电感元件中的每一个的第一输入端子和第二输入端子提供单独的交流电压，·整流电路被布置为о对在电感元件中的每一个的第一输出端子和第二输出端子之间产生的输出电压进行整流，以及对于电感元件中的每一个，其输出端子之一通过转换器电容，特别是通过电感元件和转换器电容的输出端子形成串联电路而电容性地耦合到另外的电感元件之一的输出端子之一。在实施例中，电感元件形成一个序列，该序列包括一个第一电感元件、一个或多个中间电感元件和一个最后的电感元件。该第一电感元件和最后的电感元件均具有一个输出端子，该输出端子电容性地耦合至中间电感元件中的一个的输出端子。每个中间电感元件的第一输出端子与前一个电感元件的输出端子电容性地耦合，并且其第二输出端子与后续电感元件的输出端子电容性地耦合。前一个和后续电感元件可以是中间本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.DC-DC转换器(1)，/n用于在包括正输入端子(11)和负输入端子(12)的输入侧与包括正输出端子(13)和负输出端子(14)的输出侧之间交换电力，/n所述DC-DC转换器(1)包括/n·至少两个电感元件(3)，第一电感元件(31)和第二电感元件(32)，/n每个电感元件(3)包括/nο变压器(312、322)，/nο第一输入端子(314、324)和第二输入端子(315、325)，其布置为向所述变压器(312、322)的初级绕组提供电流，/nο第一输出端子(316、326)和第二输出端子(317、327)，其布置为向所述变压器(312、322)的次级绕组提供电流，/nο以及布置在流经相应的电感元件(31、32)的端子中的至少一个的电流的路径中的至少一个转换器电感(311)，/n·开关电路(2)，布置为/nο向所述第一电感元件(31)的所述第一输入端子(314)和所述第二输入端子(315)提供第一交流电压，以及/nο向所述第二电感元件(32)的所述第一输入端子(324)和所述第二输入端子(325)提供第二交流电压，/n·布置在所述正输出端子(13)和所述负输出端子(14)之间的整流电路(4)，/nο对在所述第一电感元件(31)的所述第一输出端子(316)和所述第二输出端子(317)之间产生的第一输出电压进行整流，以及/nο对在所述第二电感元件(32)的所述第一输出端子(326)和所述第二输出端子(327)之间产生的第二输出电压进行整流，/n所述第一电感元件(31)的输出端子中的一个电容性地耦合至所述第二电感元件(32)的输出端子中的一个。/n...

【技术特征摘要】
20190219 EP 19158114.91.DC-DC转换器(1)，
用于在包括正输入端子(11)和负输入端子(12)的输入侧与包括正输出端子(13)和负输出端子(14)的输出侧之间交换电力，
所述DC-DC转换器(1)包括
·至少两个电感元件(3)，第一电感元件(31)和第二电感元件(32)，
每个电感元件(3)包括
ο变压器(312、322)，
ο第一输入端子(314、324)和第二输入端子(315、325)，其布置为向所述变压器(312、322)的初级绕组提供电流，
ο第一输出端子(316、326)和第二输出端子(317、327)，其布置为向所述变压器(312、322)的次级绕组提供电流，
ο以及布置在流经相应的电感元件(31、32)的端子中的至少一个的电流的路径中的至少一个转换器电感(311)，
·开关电路(2)，布置为
ο向所述第一电感元件(31)的所述第一输入端子(314)和所述第二输入端子(315)提供第一交流电压，以及
ο向所述第二电感元件(32)的所述第一输入端子(324)和所述第二输入端子(325)提供第二交流电压，
·布置在所述正输出端子(13)和所述负输出端子(14)之间的整流电路(4)，
ο对在所述第一电感元件(31)的所述第一输出端子(316)和所述第二输出端子(317)之间产生的第一输出电压进行整流，以及
ο对在所述第二电感元件(32)的所述第一输出端子(326)和所述第二输出端子(327)之间产生的第二输出电压进行整流，
所述第一电感元件(31)的输出端子中的一个电容性地耦合至所述第二电感元件(32)的输出端子中的一个。


2.根据权利要求1所述的DC-DC转换器(1)，包括控制单元(5)，所述控制单元(5)被配置为控制所述第一交流电压和所述第二交流电压以具有相对于彼此的相移，所述相移控制所述输入侧和所述输出侧之间的功率传递。


3.根据权利要求2所述的DC-DC转换器(1)，其中，所述控制单元(5)被配置为将所述第一交流电压和所述第二交流电压控制为脉冲波，特别是方波。


4.根据前述权利要求中任一项所述的DC-DC转换器(1)，其中，所述开关电路(2)包括电压中点(26)，并且对于每个所述电感元件(31、32)，一个相关联的半桥被布置在所述正输入端子(11)和所述负输入端子(12)之间，
并且所述电感元件(31、32)中的每一个的输入端子中的一个连接到所述电压中点(26)，并且输入端子中的另一个连接到相关联的半桥(21、22)的相关联的桥中点(27、28)。


5.根据权利要求4所述的DC-DC转换器(1)，其中，所述电压中点(26)通过上输入电容(24)被电容性地耦合到所述正输入端子(11)，并且通过下输入电容(25)被电容性耦合到所述负输入端子(12)。


6.根据权利要求1至3中任一项所述的DC-DC转换器(1)，其中对于所述电感元件(31、32)中的每一个，所述开关电路(2)包括布置在所述正输入端子(11)和所述负极输...

【专利技术属性】
技术研发人员：M·莱布尔，
申请(专利权)人：布鲁萨电子公司，
类型：发明
国别省市：瑞士;CH