用于电动车辆的高功率密度低电压DC-DC转换器的设计和优化制造技术

公开了一种用于电动车辆(EV)车载低电压DC‑DC充电器(LDC)的具有高效率的电感器‑电感器‑电容器(EEC)功率转换器。该转换器包括开关桥，该开关桥具有多个桥开关并且被配置成根据直流输入电压生成输出。EEC储能电路耦接至开关桥并且包括谐振电感器和谐振电容器以及连接在谐振电感器与谐振电容器之间的并联电感器。储能电路被配置成根据开关桥的输出来输出谐振正弦电流。至少一个变压器具有与电感器‑电感器‑电容器储能电路的并联电感器并联的至少一个初级绕组和至少一个次级绕组。至少一个整流器耦接至至少一个次级绕组并且被配置成输出整流的交变电流。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电动车辆的高功率密度低电压DC-DC转换器的设计和优化相关申请的交叉引用本PCT国际专利申请要求于2019年1月25日提交的题为“DesignandOptimizationofaHighPowerDensityLowVoltageDC-DCConverterforElectricVehicles(EVs)”的美国临时申请第62/796,828号的权益。上述申请的全部公开内容被认为是本申请的公开内容的一部分并通过引用并入本文中。
本公开内容总体上涉及DC-DC转换器。更具体地，本公开内容涉及电感器-电感器-电容器(LLC)型DC-DC功率转换器。
技术介绍
随着对环境友好的能源的需求不断增加，电动车辆(EV)技术的研究和发展变得越来越重要。对于EV电力系统，需要低电压DC-DC转换器(LDC)将来自高电压电池(250V至430V)的功率转换为低电压电池(9V至16V)，以支持照明、音频、空调和其他辅助功能。这样的功能使用户更舒适，但是相比之下，用户也需要LDC来提供更高的功率。高功率和低电压共同引入了极高的输出电流的问题，这是改进效率和尺寸的巨大障碍。另外，发展中的EV电池技术和市场仍在寻求更安全、更小且更高效的解决方案。因此，存在对改进的转换器的需要。因此，期望至少部分地解决上述缺点并且使技术进步的解决方案。
技术实现思路
本章节提供了本公开内容的一般概述，并且不旨在被解释为对其全部范围或其特征、方面和目标中的所有的全面公开。本公开内容的方面提供了一种直流-直流(DC-DC)转换器。转换器包括具有多个桥开关的开关桥。开关桥被配置成根据跨正输入端子和负输入端子提供的直流输入电压来生成方波输出。电感器-电感器-电容器储能电路耦接至开关桥并且包括谐振电感器、谐振电容器以及连接在谐振电感器与谐振电容器之间的并联电感器。电感器-电感器-电容器储能电路被配置成根据开关桥的方波输出来输出谐振正弦电流。转换器还包括至少一个变压器，所述至少一个变压器具有与电感器-电感器-电容器储能电路的并联电感器并联的至少一个初级绕组和至少一个次级绕组。至少一个整流器耦接到至少一个变压器的至少一个次级绕组并且被配置成跨正输出端子和负输出端子输出整流的交变电流(alternatingcurrent)。根据本文中提供的描述，这些方面和其他方面以及应用领域将变得明显。本
技术实现思路
中的描述和具体示例旨在仅用于说明的目的，并且不旨在限制本公开内容的范围。附图说明本文中描述的附图仅出于选择的实施方式而非所有实现的说明性目的，并且不旨在将本公开内容限制为仅实际示出的内容。考虑到这一点，当结合附图考虑时，根据以下书面说明书，本公开内容的示例实施方式的各种特征和优点将变得明显，在附图中：图1是示出根据本公开内容的方面的包括低电压DC-DC转换器(LDC)的机动车辆的配电系统的框图示意图；图2是根据本公开内容的方面的示例单相双变压器电感器-电感器-电容器(LLC)LDC的电路图；图3示出了根据本公开内容的方面的转换器的双变压器的截面图；图4示出了根据本公开内容的方面的电压增益相对于指定频率的曲线图；图5是示出了包括具有传统绕组的并联电感器中的边缘效应的磁场的图；图6至图8示出了根据本公开内容的方面的装配转换器的具有分离绕组的并联电感器的步骤；图9是示出了根据本公开内容的方面的包括具有分离绕组的并联电感器的边缘效应的磁场的图；以及图10是示出了根据本公开内容的方面的转换器在14V输出下且在不同的输入电压下的效率的曲线图。具体实施方式在以下描述中，阐述了细节以提供对本公开内容的理解。在一些实例中，为了不使本公开内容模糊，没有详细地描述或示出某些电路、结构和技术。通常，在本文中公开了低电压DC-DC转换器(LDC)。将结合一个或更多个示例实施方式来描述本公开内容的转换器。更具体地，公开了具有高功率密度的低电压DC-DC转换器。在一些实施方式中，DC-DC转换器可以被用作用于电动车辆(EV)的车载电池充电器。然而，所公开的特定示例实施方式仅仅被提供以描述本专利技术的构思、特征、优点和目的，这将足够清楚以允许本领域技术人员理解和实践本公开内容。在附图中，用相同的附图标记来标记重复出现的特征。图1是示出了具有多个车轮14的机动车辆12的配电系统10的示意图。配电系统10包括高电压(HV)总线20，该高电压(HV)总线20连接至HV电池22以向马达24供应电力，该马达24被配置成驱动车轮14中的一个或更多个。HV总线20可以具有250VDC至430VDC的标称电压，但是也可以使用其他电压。经由诸如变频交流(AC)驱动器的牵引变流器26和高电压DC-DC转换器28向马达24供应电力。高电压DC-DC转换器28向牵引变流器26供应经滤波的和/或经调节的DC电力，该DC电力具有可以大于、小于或等于HV总线20的DC电压的电压。低电压DC-DC转换器(LDC)30被连接至HV总线20并且被配置成经由LV总线34向一个或更多个LV负载32供应低电压(LV)电力。LDC30的额定功率可以为1kW至3kW，但是额定功率可以更高或更低。LV负载32可以包括例如照明装置、音频装置等。LDC30可以被配置成向低电压负载32供应具有例如9VDC至16VDC的电压的DC电力，但是也可以使用其他电压。辅助LV电池36连接至LV总线34。辅助LV电池36可以是铅酸电池，例如在常规车辆电力系统中使用的那些电池。当LDC30不可用时，辅助LV电池36可以向LV负载32供应电力。替选地或另外地，辅助LV电池36可以向LV负载32提供超过LDC30的输出的补充电力。例如，辅助LV电池36可以向起动马达供应超过LDC30的输出的大的浪涌电流。辅助LV电池36可以稳定和/或调节LV总线34上的电压。车载充电器40和/或非车载充电器42向HV总线20供应HV电力以用于给HV电池22充电。图2示出了单相转换器48(例如，作为LDC30的一部分或者包括LDC30)的电路图。转换器48包括具有多个桥开关Q1、Q2、Q3、Q4的开关桥50，并且被配置成根据跨正输入端子52和负输入端子54提供的直流输入电压Vin来生成方波输出。电感器-电感器-电容器储能电路56耦接至开关桥50并且包括谐振电感器Lr、谐振电容器Cr以及连接在谐振电感器Lr与谐振电容器Cr之间的并联电感器Lp。电感器-电感器-电容器储能电路56被配置成根据开关桥50的方波输出来输出谐振正弦电流。转换器48还包括至少一个变压器58、59，所述至少一个变压器58、59具有与电感器-电感器-电容器储能电路56的并联电感器Lp并联的至少一个初级绕组60、62和至少一个次级绕组64、66、68、70。另外，至少一个整流器72、74耦接至至少一个变压器58、59的至少一个次级绕组64、66、68、70，并且被配置成跨正输出端子76和负输出端子78输出整流的交变电流Vo。应当理解的是，虽然仅示出了单相，但是转换器48本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种DC-DC转换器，包括：/n开关桥，其包括多个桥开关并且被配置成根据跨正输入端子和负输入端子提供的直流输入电压来生成方波输出；/n电感器-电感器-电容器储能电路，其耦接至所述开关桥并且包括谐振电感器和谐振电容器以及连接在所述谐振电感器与所述谐振电容器之间的并联电感器，并且所述电感器-电感器-电容器储能电路被配置成根据所述开关桥的方波输出来输出谐振正弦电流；/n至少一个变压器，其具有与所述电感器-电感器-电容器储能电路的并联电感器并联的至少一个初级绕组和至少一个次级绕组；以及/n至少一个整流器，其耦接至所述至少一个变压器的至少一个次级绕组，并且所述至少一个整流器被配置成跨正输出端子和负输出端子输出整流的交变电流。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190125 US 62/796,8281.一种DC-DC转换器，包括：
开关桥，其包括多个桥开关并且被配置成根据跨正输入端子和负输入端子提供的直流输入电压来生成方波输出；
电感器-电感器-电容器储能电路，其耦接至所述开关桥并且包括谐振电感器和谐振电容器以及连接在所述谐振电感器与所述谐振电容器之间的并联电感器，并且所述电感器-电感器-电容器储能电路被配置成根据所述开关桥的方波输出来输出谐振正弦电流；
至少一个变压器，其具有与所述电感器-电感器-电容器储能电路的并联电感器并联的至少一个初级绕组和至少一个次级绕组；以及
至少一个整流器，其耦接至所述至少一个变压器的至少一个次级绕组，并且所述至少一个整流器被配置成跨正输出端子和负输出端子输出整流的交变电流。


2.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其中，所述至少一个次级绕组包括层压金属条，所述层压金属条具有与多个次级绝缘层交替的多个次级导体层以减小交变电流趋肤效应。


3.根据权利要求2所述的DC-DC转换器，其中，所述多个次级导体层包括由铜形成的三个次级导体层。


4.根据权利要求3所述的DC-DC转换器，其中，次级导体层的所述三个次级导体层各自为0.25毫米厚。


5.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其中，所述并联电感器包括第一电感器线圈和第二电感器线圈，所述第一电感器线圈和所述第二电感器线圈各自被设置在限定气隙的电感器芯周围。


6.根据权利要求5所述的DC-DC转换器，其中，所述第一电感器线圈和所述第二电感器线圈各自由分别缠绕在所述电感器芯周围的铜线形成，并且所述第一电感器线圈和所述第二电感器线圈通过所述气隙彼此间隔开以减少气隙边缘通量。


7.根据权利要求5所述的DC-DC转换器，其中，所述气隙为5毫米。


8.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其中，所述至少一个变压器包括第一变压器和第二变压器，所述第一变压器和所述第二变压器并联以共享跨所述正输出端子和所述负输出端子传导的负载电流并且减少次级电力损耗。


9.根据权利要求8所述的DC-DC转换器，其中，所述至少一个初级绕组包括第一初级绕组和第二初级绕组，所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘文搏，陈扬，周翔，安德鲁·于雷克，穆杰塔巴·福鲁泽什，盛波，萨姆·韦布，刘雁飞，拉克希米·瓦拉哈·耶尔，格尔德·施拉格，迈克尔·诺伊多夫霍费尔，沃尔夫冈·贝克，
申请(专利权)人：麦格纳国际公司，
类型：发明
国别省市：加拿大;CA