CN108702095A - 绝缘型直流电/直流电转换器 - Google Patents

绝缘型直流电/直流电转换器 Download PDF

Info

Publication number
CN108702095A
CN108702095A CN201780011517.2A CN201780011517A CN108702095A CN 108702095 A CN108702095 A CN 108702095A CN 201780011517 A CN201780011517 A CN 201780011517A CN 108702095 A CN108702095 A CN 108702095A
Authority
CN
China
Prior art keywords
switch
section
sub
primary
arm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN201780011517.2A
Other languages
English (en)
Other versions
CN108702095B (zh
Inventor
路尔斯·迪苏萨
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Valeo eAutomotive France SAS
Original Assignee
Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Valeo Systemes de Controle Moteur SAS filed Critical Valeo Systemes de Controle Moteur SAS
Publication of CN108702095A publication Critical patent/CN108702095A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108702095B publication Critical patent/CN108702095B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33538—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only of the forward type
    • H02M3/33546—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only of the forward type with automatic control of the output voltage or current
    • H02M3/33553—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only of the forward type with automatic control of the output voltage or current with galvanic isolation between input and output of both the power stage and the feedback loop
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H1/00—Details of emergency protective circuit arrangements
    • H02H1/0007—Details of emergency protective circuit arrangements concerning the detecting means
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02H—EMERGENCY PROTECTIVE CIRCUIT ARRANGEMENTS
    • H02H7/00—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions
    • H02H7/10—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers
    • H02H7/12—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers
    • H02H7/1213—Emergency protective circuit arrangements specially adapted for specific types of electric machines or apparatus or for sectionalised protection of cable or line systems, and effecting automatic switching in the event of an undesired change from normal working conditions for converters; for rectifiers for static converters or rectifiers for DC-DC converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33571—Half-bridge at primary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
    • H02M3/33576—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements having at least one active switching element at the secondary side of an isolation transformer
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
    • H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
    • H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
    • H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
    • H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Dc-Dc Converters (AREA)

Abstract

本发明涉及一种绝缘型直流电/直流电转换器(1)，包括：‑磁性组件(100)，具有由电绝缘势垒分隔开的初级部分(110)和次级部分(120)；‑断路器(QA1、QA2)，连接到磁性组件(100)的初级部分(110)，从而允许磁性组件(100)将能量从初级部分(110)转移到次级部分(120)并将能量存储在初级部分(110)的电平处；且其中磁性组件(100)的次级部分(120)包括第一臂(B)和第二臂(C)，每一个臂(B、C)包括串联的第一断路器(QB1、QC1)、次级部分(120B、120C)以及第二断路器(QB2、QC2)；第一臂(B)的次级部分(120B)的中间点连接到第二臂(C)的次级部分(120C)的中间点。

Description

绝缘型直流电/直流电转换器
本发明涉及一种绝缘型DC/DC转换器。
绝缘型直流电/直流电(direct current/direct current；DC/DC)转换器可具有允许在电压转换期间通过切换来降低损耗的零电压切换(zero voltage switching；ZVS)或零电流切换(zero current switching；ZCS)。因此，这些转换器在能量资源受限的汽车应用中特别有优势。在车辆中，电压转换器可用以适配车辆的数个电网络之间的电压电平，或用以转换能量源与嵌入车辆中的电消耗器之间的电压。
从专利US5754413中已知图1中示出的绝缘型DC/DC转换器。转换器包括两个开关Q1、开关Q2，所述两个开关在其中点处连接到包括两个串联变压器T、变压器T′的区段。转换器布置成半桥式。开关Q1、开关Q2控制通过变压器T、变压器T′的能量传输，以使得转换器的输入电压Ue转换成输出电压Uout。连接到变压器的次级部分的二极管D1、二极管D2允许对输出信号进行整流。通过控制开关的阿尔法工作循环来获得输出电压Uout。在运行周期的第一部分内，第一开关QA1闭合且第二开关QA2断开；二极管D2阻断而二极管D1导通。在运行周期的第二部分内，第一开关QA1断开且第二开关QA2闭合；二极管D1阻断而二极管D1导通。
在运行周期的每一部分内，阻断的二极管经历电压降。然而，并不确保这个电压降在每一部分都相等。因此，来自整流器级的二极管可比另一个二极管经受更显著的电压降，这可导致两个二极管的尺寸过大以确定每一个二极管都可保持电压降。二极管D1、二极管D2可由例如MOSFET的开关来替代，可同步控制所述开关以减小电压降。电压降上的这种不平衡限制具有更显著阻断电压但具有格外增大的传导电阻的相关开关的选择。
因此，绝缘型DC/DC转换器合乎需要，所述绝缘型DC/DC转换器包括磁性组件从而允许将能量从初级部分转移到次级部分并将能量存储在初级部分处，且其中相对于现有技术，减小整流器级的整流器组件所经受的电压降。
为这个目的，提出一种绝缘型DC/DC转换器，包括：
-磁性组件，具有由电绝缘势垒分隔开的初级部分和次级部分；
-开关，称为初级侧开关，连接到磁性组件的初级部分以使得在调制周期上的工作循环下初级侧开关的切换允许磁性组件将能量从初级部分转移到次级部分并将能量存储在初级部分处，以将绝缘型DC/DC转换器的输入电压转换成输出电压；且
其中磁性组件的次级部分包括第一臂和第二臂，每一个臂包括串联的第一断路器、次级部分以及第二开关；第一臂的次级部分(称为第一次级部分)的中间点连接到第二臂的次级部分(称为第二次级部分)的中间点。
具体地说，磁性组件允许将能量从初级部分转移到次级部分而(换句话说，同时)将能量存储在初级部分处。
相对于现有技术，电压降分布在两个开关上而非一个单个断路器上。绝缘型DC/DC转换器的次级部分中的开关所经历的电压降是现有技术的转换器中的电压降的一半高，这降低了次级部分的开关所必需的阻挡电压并因此降低了所述开关的传导电阻。因此，相对于现有技术，次级部分中的传导损耗减少。开关允许控制次级部分中循环的电流。通过连接次级部分的中间点，确保当臂的开关断开时，这个臂的中间点处的电势由另一个臂的中间点来赋予。因此，可控制所考虑的臂的中间点与臂的末端之间的电压，且因此可控制断开开关的端子处的电压。
根据实施例，磁性组件根据施加在初级部分处的电压将能量转移到两个次级部分中的一个。
根据实施例，磁性组件配置成使得：
-在调制周期的第一部分内，初级部分的第一部分将能量转移到第一次级部分，且初级部分的第二部分产生电感存储能量；
-在调制周期的第二部分内，初级部分的第二部分将能量转移到第二次级部分，且初级部分的第一部分产生电感存储能量。
根据变型，第一臂的开关配置成在第一运行部分内导通并在第二运行部分内断开；且第二臂的开关配置成在第二运行部分内导通并在第一运行部分内断开。
根据实施例，在次级部分的每一个臂中，开关配置成同时处于相同状态以及与另一个臂的开关同时处于不同状态。
根据实施例，次级部分的臂的末端彼此连接，第一末端配置成连接到次级部分的接地，第二末端配置成连接到电压转换器的输出端。
根据实施例，磁性组件的所述次级部分不彼此磁性地耦合，所述次级部分磁性地耦合到初级部分。
根据实施例，初级侧开关配置成在大致恒定的工作循环下运行；所述绝缘型DC/DC转换器包括至少一个其它开关，所述至少一个其它开关配置成通过控制由所述初级侧开关传送的电压来控制绝缘型DC/DC转换器的输出电压。
根据实施例，初级侧开关配置成使得其工作循环大致等于50％。
根据实施例，转换器包括短路检测器，所述短路检测器配置成：
-检测次级部分中的所述次级侧开关中的一个中的短路；
-断开短路开关所属的次级侧臂的另一个开关，以便抵消这个短路。
通过参看附图将最好地理解本发明，在附图中：
-图1示出根据现有技术的绝缘型DC/DC转换器的实例。
-图2示出根据本发明的绝缘型DC/DC转换器的实例。
-图3示出图2中所示出的绝缘型DC/DC转换器在其运行期间的第一状态。
-图4示出图2中所示出的绝缘型DC/DC转换器在其运行期间的第二状态。
-图5示出图2中所示出的绝缘型DC/DC转换器中的短路检测的实例。
-图6示出根据本发明的绝缘型DC/DC转换器的另一实例。
-图7示出根据本发明的绝缘型DC/DC转换器的实例。
-图8示出根据本发明的绝缘型DC/DC转换器的另一实例。
-图9示出根据本发明的在绝缘型DC/DC转换器的实例中的磁性组件的次级部分的实施例的实例。
图2呈现根据本发明的实施例的绝缘型DC/DC转换器1的实例。
绝缘型DC/DC转换器1包括磁性组件100，所述磁性组件包括由绝缘势垒分隔开的初级部分110和次级部分120。
绝缘型DC/DC转换器1包括连接到磁性组件100的初级部分110的第一臂A。臂A包括串联的开关QA1、开关QA2。具体地说，开关QA1、开关QA2的一系列断开和闭合允许将绝缘型DC/DC转换器1的输入电压Ue转换成绝缘型DC/DC转换器1的输出电压Uout。具体地说，第一开关QA1连接到电压源Ue的高端子。第二开关QA2连接到电压源Ue的低端子。具体地说，这个低端子对应于绝缘型DC/DC转换器1的第一接地GND1。
在调制周期T内的工作循环α下开关QA1、开关QA2的切换允许磁性组件100将能量从初级部分110转移到次级部分120并将能量存储在初级部分110处，以将绝缘型DC/DC转换器1的输入电压Ue转换成输出电压Uout。绝缘型DC/DC转换器1可包括电容Cout以过滤输出信号。
具体地说，初级侧臂A的两个开关QA1、开关QA2之间的中点连接到臂的末端，所述臂包括磁性组件100的与电容C′串联的初级部分110。具体地说，这个臂连接到其与初级部分110的接地GND1的另一个末端。绝缘型DC/DC转换器1可能不需要这个电容C′。具体地说，就半桥式结构而言，电容C′允许去除通过初级部分110传输到次级部分120的信号的直流分量。在全桥式结构中可去除电容C′。
在磁性组件100的次级部分120中，第一臂(称为第一次级侧臂B)包括串联的第一开关QB1、次级部分120B以及第二开关QB2。第二臂(称为第二次级侧臂C)包括串联的第一开关QC1、次级部分120C以及第二开关QC2。具体地说，在每一个次级侧臂B、次级侧臂C中，次级部分120B、次级部分120C在第一开关QA1、第一开关QB1与第二开关QA2、第二开关QB2之间串联连接。具体地说，次级侧臂B、次级侧臂C的末端彼此连接，第一末端连接到次级部分的接地GND2，第二末端配置成连接到电压转换器的输出端。
具体地说，磁性组件100根据施加在初级部分110处的电压，将能量转移到两个次级部分120B、次级部分120C中的一个。具体地说，为这个目的，磁性组件100的次级部分120B、次级部分120C不彼此磁性地耦合，而是磁性地耦合到初级部分110。更具体地说，第一次级侧臂B的次级部分120B磁性地耦合到初级部分110的第一部分111，且第二臂C的次级部分120C磁性地耦合到初级部分110的第二部分112。
在图1中所示出的现有技术中，二极管D1、二极管D2连接到用于对来自磁性组件的次级部分的信号进行整流的次级侧。在绝缘型DC/DC转换器1中，二极管由次级侧开关QB1、次级侧开关QB2、次级侧开关QC1、次级侧开关QC2替代。为了保留整流功能，次级侧开关QB1、次级侧开关QB2、次级侧开关QC1、次级侧开关QC2保持与二极管D1、二极管D2类似运行。换句话说，次级侧开关QB1、次级侧开关QB2、次级侧开关QC1、次级侧开关QC2随着二极管本应处于断开状态、相应闭合状态的时间而断开、相应地闭合。为这个目的，在方法的实例中，第一次级侧臂B的开关QB1、开关QB2与初级侧臂A的第一开关QA1具有闭合或断开的相同状态；且第二次级侧臂C的开关QC1、开关QC2与初级侧臂A的第二开关QA2具有闭合或断开的相同状态。具体地说，在每一个次级侧臂B、次级侧臂C中，开关QB1、开关QB2、开关QC1、开关QC2配置成同时处于相同状态。具体地说，在通过绝缘型DC/DC转换器1转换电压期间，第一次级侧臂B的开关QB1、开关QB2与第二次级侧臂C的开关QC1、开关QC2处于不同状态。
次级部分120B、次级部分120C在各自的中间点处彼此连接。换句话说，第一次级侧臂B的次级部分120B的中间点与第二次级侧臂C的次级部分120C的中间点具有相同电势。这可通过用电线连接所述中间点连接来具体地实现。臂B的次级部分120B的中间点因此定义臂B的次级部分的第一部分121B和第二部分122B；且臂C的次级部分120C的中间点因此定义臂C的次级部分的第一部分121C和第二部分122C。
在这个实例中，中间点分别是第一次级侧臂B的次级部分120B的中点和第二次级侧臂C的次级部分120C的中点。换句话说，两个次级部分120B、次级部分120C在其各自的中点处连接。
参考图3和图4，通过定义绝缘型DC/DC转换器1的运行将最好地理解绝缘型DC/DC转换器1中的次级部分120的优势。
第一初级侧臂A的开关QA1、开关QA2在调制周期T内具有工作循环α，以便通过磁性组件100转移能量。在调制周期T内，开关QA1、开关QA2由脉冲宽度调制来特定地控制。第一运行部分的持续时间和第二运行部分的持续时间由开关QA1、开关QA2的工作循环α定义。
在具有持续时间αT的图3中所示出的第一运行部分时，换句话说，在调制周期T的第一部分内，第一初级侧开关QA1闭合且第二初级侧开关QA2断开。第一运行部分具有持续时间αT，其中α是应用于初级侧臂A的第一开关QA1的工作循环，且T是调制周期。在运行周期的第一部分时，第二次级侧臂C的开关QC1、开关QC2断开，而第一次级侧臂B的开关QB1、开关QB2闭合。只有初级部分110的第一部分111可因此将能量转移到次级部分120。因此，初级部分110的第二部分112产生电感存储能量，且初级部分110的第一部分111将能量转移到第一次级侧臂B的次级部分120B。磁性组件100的第二部分112充当电感，具体来说，借助于连接到初级部分100的第二部分112的磁化电感来充当电感。初级部分110的第一部分111和第一次级侧臂B的次级部分120B产生两个耦合电感，能量通过所述耦合电感在初级部分110与次级部分120之间转移。
在这个第一部分中，初级部分110的臂的端子处的电压等于输入电压Ue。第二次级侧臂C的开关QC1、开关QC2断开，电流不在第二次级侧臂C中循环。第一次级侧臂B的开关QB1、开关QB2闭合，电流可因此在第一次级侧臂B中循环。第一次级侧臂B的次级部分120B的端子处的电压等于输出电压Uo。因此，初级部分110的第一部分111的端子处的电压U111是NxUo，其中N是第一次级侧臂B的次级部分120B与初级部分110的第一部分111之间的变压比。初级部分110的第一部分111的端子处的能量转移到次级部分120，具体来说，转移到第一次级侧臂B的次级部分120B。
初级部分110的第二部分112的端子处的电压U112等于Ue-NxUo-Uc′，其中Uc′是电容C′的端子处的电压。电压U112允许将能量存储在初级部分110的第二部分112的磁化电感处。为了理解本发明，将初级部分110的第一部分111与第一次级侧臂B的次级部分120B之间的变压比视为与初级部分110的第二部分112与第二次级侧臂C的次级部分120C之间的变压比相同。然而，这些变压比可以不同。
通过将开关QB1、开关QB2的电阻Ron视为边际电阻，第一次级侧臂B的次级部分120B的第一部分121B的端子处的电压U121B等于Uo/2，第一次级侧臂B的次级部分120B的第二部分122B的端子处的电压U122B也等于Uo/2。第二次级侧臂C的次级部分120C的第一部分121C的端子处的电压U121C等于U112/2N，第二次级侧臂C的次级部分120C的第二部分122C的端子处的电压也等于U112/2N。在第二次级侧臂C的次级部分120C的中间点连接到第一次级侧臂B的次级部分120B的中点的条件下，出现以下情况：第二次级侧臂C的第一开关QA1C的端子处的电压等于第二次级侧臂C的第二开关QA2C的端子处的电压。因此，第二次级侧臂C的第一开关QA1C的端子处的电压降与第二次级侧臂C的第二开关的端子处的电压降相等。这允许这些开关QA1C、开关QA2C一致地磨损。此外，开关QA1C、开关QA2C中的每一个的端子处的电压是图1中所示出的现有技术中的二极管D2的端子处的电压的一半，如在图2中的绝缘型DC/DC转换器1中，电压降分布在两个开关QA1C、开关QA2C上。
在具有持续时间(1-α)T的图4中所示出的第二运行部分内，换句话说，在调制周期T的第二部分内，第一初级侧开关QA1断开且第二初级侧开关QA2闭合。在第二运行部分内，第二次级侧臂C的开关QC1、开关QC2闭合，而第一次级侧臂B的开关QB1、开关QB2断开。只有初级部分110的第二部分112可因此将能量转移到次级部分120。因此，初级部分110的第一部分111产生电感存储能量，且初级部分110的第二部分112将能量转移到第二次级侧臂C的次级部分120C。磁性组件100的第一部分111充当电感，具体来说，借助于连接到初级部分100的第一部分111的磁化电感来充当电感。初级部分110的第二部分112和第二次级侧臂C的次级部分120C产生两个耦合电感，能量通过所述耦合电感在初级部分110与次级部分120之间转移。
在这个第二部分中，初级部分110的臂的端子处的电压是零。第一次级侧臂B的开关QB1、开关QB2断开，电流不在第一次级侧臂B中循环。第二次级侧臂C的开关QC1、开关QC2闭合，电流可因此在第二次级侧臂C中循环。
第二次级侧臂C的次级部分120C的端子处的电压等于输出电压Uo。因此，初级部分110的第二部分112的端子处的电压U112是NxUo，其中N是第二次级侧臂C的次级部分120C与初级部分110的第二部分112之间的变压比。初级部分110的第二部分112的端子处的能量转移到次级部分120，具体来说，转移到第二次级侧臂C的次级部分120C。初级部分110的第一部分111的端子处的电压U111等于-NxUo-Uc′，其中Uc′是电容C′的端子处的电压。电压U111允许将能量存储在初级部分110的第一部分111的磁化电感处。
通过将开关的电阻Ron视为边际电阻，第二次级侧臂C的次级部分120C的第一部分121C的端子处的电压U121C等于Uo/2，第二次级侧臂C的次级部分的第二部分122C的端子处的电压U122C也等于Uo/2。第一次级侧臂B的次级部分120B的第一部分121B的端子处的电压U121B等于U111/2N，第一次级侧臂B的次级部分120B的第二部分122B的端子处的电压U122B也等于U111/2N。在第一次级侧臂B的次级部分120B的中间点连接到第二次级侧臂C的次级部分120C的中点的条件下，出现以下情况：第一次级侧臂B的第一开关QA1B的端子处的电压等于第一次级侧臂B的第二开关QA2B的端子处的电压。因此，第一次级侧臂C的第一开关QA1B的端子处的电压降与第一次级侧臂C的第二开关QA2B的端子处的电压降相等。这允许这些开关QA1B、开关QA2B一致地磨损。此外，开关QA1C、开关QA2C中的每一个的端子处的电压是图1中所示出的现有技术中的二极管D1的端子处的电压的一半，如在图2中的绝缘型DC/DC转换器1中，电压降分布在两个开关QA1C、开关QA2C上。
因此，由绝缘型DC/DC转换器1的次级部分120中的开关QA1B、开关QA2B、开关QA1C、开关QA2C经历的电压降是现有技术的转换器中的电压降的一半，这相对于现有技术，减少绝缘型DC/DC转换器1的磨损。
根据变型，中间点不同于中点。在第一运行部分中，第二次级侧臂C的第一开关QA1C的端子处的电压降与第二次级侧臂C的第二开关QA2C的端子处的电压降不相等，但所述电压降的比在第一运行部分的情形下保持恒定。同样，在第二运行部分中，第一次级侧臂B的第一开关QA1B的端子处的电压降与第一次级侧臂B的第二开关QA2B的端子处的电压降不相等，但所述电压降的比在第二运行部分的情形下保持恒定。当第一次级侧开关QA1B、第一次级侧开关QA1C可比第二开关QA2B、第二开关QA2C支持更高电压或情形相反时，这可以是有利的。
在绝缘型DC/DC转换器1中，次级部分120例如调适成使绝缘型DC/DC转换器1在失效(例如绝缘型DC/DC转换器1处的内部短路)的情况下安全。在图5中所示出的实例中，检测器50检测次级部分120中的短路，具体地说，通过测量在次级部分120的输出处传送的电流来检测短路。当例如在次级部分120的开关QA2B上检测到短路时，可控制对应臂B的另一个开关QA1B断开，以便抵消这个短路。因此，绝缘型DC/DC转换器1的安全状态容易获得。
磁性组件100可包括初级部分110中的数个臂，初级侧臂A将连接到所述数个臂。图6示出实例，其中初级部分110包括数个初级电路。第一电容C1与第一初级侧臂A的两个开关QA1、开关QA2串联，并定位在开关QA1与开关QA2之间。因此，第一电容C1具有在连接点P1处连接到第一开关QA1的第一端子，以及在第二连接点P2处连接到第二开关QA2的第二端子。具体地说，第一电容C1在第一开关QA1的源极电极处连接到第一开关MA1，且在第二开关QA2的漏极电极处连接到第二开关QA2。具体地说，磁性组件100包括通过电绝缘势垒彼此分隔开的第一初级电路101、第二初级电路101′。具体地说，第一初级电路101形成区段，所述区段的一个末端连接到第一连接点P1，且所述区段的另一个末端连接到第一初级侧臂A的末端端子(称为第二末端端子)。第二末端端子对应于第二开关QA2的端子，所述端子不连接到第一电容C1。且第二初级电路101′形成区段，所述区段的一个末端连接到第二连接点P2，且所述区段的另一个末端连接到第一初级侧臂A的末端端子(称为第一末端端子)。第一末端端子对应于第一开关QA1的端子，所述端子不连接到第一电容C1。
具体地说，第一初级电路101具有与第二电感L21串联的第一电感L11。具体地说，第一电感L11的正极端子连接到第一连接点P1，且第二电感L21的正极端子连接到第一电感L11的负极端子。具体地说，第二初级电路101′具有与第二电感L21′串联的第一电感L11′。具体地说，第一电感L11′的负极端子连接到初级侧臂A的第一末端端子，且第二电感L21′的负极端子连接到第一电感L11′的正极端子。具体地说，初级电路101、初级电路101′的第一电感L11、第一电感L11′形成磁性组件100的初级部分110的第一部分111；且初级电路101、初级电路101′的第二电感L21、第二电感L21′形成磁性组件100的初级部分110的第二部分112。初级电路101、初级电路101′的第一电感L11、第一电感L11′从初级电路101、初级电路101′的第二电感L21、第二电感L21′完全解耦。
图6中的绝缘型DC/DC转换器1的实例与图2中所示出的所述绝缘型DC/DC转换器具有类似功能。
图7示出类似于图2中的实例的另一个实例，不同的是第一初级侧臂A的开关QA1、开关QA2配置成在大致恒定的工作循环下运行，且绝缘型DC/DC转换器1包括电压转换器电路130，所述电压转换器电路配置成更改在第一初级侧臂A处传送的电压U以控制由绝缘型DC/DC电压转换器1传送的电压Uo。开关QA1、开关QA2在不变的工作循环下运行，换句话说，所述工作循环随着时间推移而保持恒定。在图7中的实例中，电压转换器电路130是步降转换器电路。然而，电压转换器电路130可以是步升转换器电路、步降/步升转换器电路或两向转换器电路。具体地说，第一初级侧臂A的工作循环可等于50％。将第一初级侧臂A的端子处的电压U调整在等于2NxUe的电压处。在这个工作循环值上，绝缘型DC/DC转换器1的次级部分120中的开关QB1、开关QB2、开关QC1、开关QC2的端子处的电压降对所有开关都具有相同的值。因此，在第一运行部分内断开的开关QC1、开关QC2与在第二运行部分内断开的开关QB1、开关QB2在其端子处具有相同的电压降。因此，次级侧开关的磨损相同。
图8示出绝缘型DC/DC转换器1的另一个实例。绝缘型DC/DC转换器1的实例类似于图6中所示出的实例，但所述实例进一步包括其它开关QD1、开关QD2，所述开关通过控制由第一初级侧臂A的开关QA1、开关QA2经历的电压来控制绝缘型DC/DC转换器1的输出电压Uo，第一初级侧臂A的开关QA1、开关QA2的工作循环保持恒定。具体地说，开关QD1、开关QD2例如借助于其连接到的一或多个电感L3和/或电容来控制由第一初级侧臂A的开关QA1、开关QA2传送的电压。具体地说，绝缘型DC/DC转换器1的这个实例包括串联开关的第二初级侧臂D。第二初级侧臂D包括直接串联的两个开关QD1、开关QD2。第一开关QD1(称为高侧断路器)连接到传递输入电压Ue的电压源(未表示)的高端子。第二开关QD2(称为低侧断路器)连接到第一初级侧臂A的第二末端端子。第二开关QD2进一步连接到电压源的低端子。因此，这个低端子对应于绝缘型DC/DC转换器1的第一接地GND1。每一个开关QD1、开关QD2都可包括与续流二极管并联的晶体管。电感L3具有连接到第二初级侧臂D的中点的第一端子，以及连接到第二连接点P2的第二端子。电容C连接在第一初级侧臂A的末端端子之间。
在图2中示出的实例中，由第一初级侧臂A的开关QA1、开关QA2来控制通过磁性组件100的能量传输。在图8中所示出的绝缘型DC/DC转换器1的实例中，第二初级侧臂D也允许控制这个能量传输。第一初级侧臂A的开关QA1、开关QA2在不变的工作循环下运行。在绝缘型DC/DC转换器1的运行期间，通过在第三电感L3中循环的电流来控制输出电压Uo。通过第二初级侧臂D来控制这个电流。控制第二初级侧臂D的开关QD1、开关QD2，以使得在第三电感L3中循环的电流允许在绝缘型DC/DC转换器1的输出处获得所需电压值Uo。因此，不必使第一初级侧臂A的开关QA1、开关QA2的工作循环发生变化。因此，第一臂A可以其对通过磁性组件100传输能量最有利的工作循环(具体地说，以50％的工作循环)来运行。如上文参考图7中的实例所解释，在第一初级侧臂A中的50％工作循环下，在第一运行部分内断开的开关QC1、开关QC2与在第二运行部分内断开的开关QB1、开关QB2在其端子处具有相同的电压降。因此，次级侧开关的磨损相同。
具体地说，图2中所示出的磁性组件100可通过串联两个变压器来生成，其中次级部分在如上文所定义的中间点处连接。替代地，磁性组件100的初级部分110可生成有一个单个绕组，所述单个绕组与生成次级部分120B、次级部分120C的次级绕组耦合，次级部分在如上文所定义的中间点处连接。
图9示出根据本发明的在绝缘型DC/DC转换器1的实例中实施磁性组件100的次级部分120的实例。第一绕组EB生成第一次级侧臂B的次级部分120B。第二绕组EC生成第二次级侧臂C的次级部分120C。绕组EB、绕组EC卷绕在各自的核心NB、核心BC之上，所述绕组通过所述核心分别磁性地耦合到初级部分110的第一部分111和初级部分110的第二部分120。绕组EB、绕组EC通过其中间点处的电线F彼此连接。
绝缘型DC/DC转换器1的开关可以是晶体管，例如MOSFET晶体管、IGBT晶体管或其它晶体管。绝缘型DC/DC转换器1的一个部分(具体地说，所有部分)可由半导体材料来产生，例如硅(silicon；Si)、氮化镓(gallium nitride；GaN)、碳化硅(silicon carbide；SiC)的或任何其它半导体材料。
本发明不限于所定义的实例。具体地说，在所示出的实例中，第一初级侧臂A和磁性组件100的初级部分110形成半桥式结构。然而，第一初级侧臂A和初级部分110可形成带有串联的第四开关臂的全桥式结构。第四臂的开关例如等同于第一初级侧臂A的那些开关。

Claims (10)

1.一种绝缘型直流电/直流电转换器(1)，包括：
磁性组件(100)，具有由电绝缘势垒分隔开的初级部分(110)以及次级部分(120)；
开关(QA1、QA2)，称为初级侧开关，连接到所述磁性组件(100)的所述初级部分(110)以使得在调制周期(T)内的工作循环(α)下所述初级侧开关(QA1、QA2)的切换允许所述磁性组件(100)将能量从所述初级部分(110)转移到所述次级部分(120)并将能量存储在所述初级部分(110)处，以将所述绝缘型直流电/直流电转换器(1)的输入电压(Ue)转换成输出电压(Uo)；且
其中所述磁性组件(100)的所述次级部分(120)包括第一臂(B)和第二臂(C)，每一个臂(B、C)包括串联的第一开关(QB1、QC1)、次级部分(120B、120C)以及第二开关(QB2、QC2)；所述第一臂(B)的称为第一次级部分的所述次级部分(120B)的中间点连接到所述第二臂(C)的称为第二次级部分的所述次级部分(120C)的中间点。
2.根据权利要求1所述的转换器(1)，其中所述磁性组件(100)根据施加在所述初级部分(110)的电平处的所述电压来将能量转移到所述两个次级部分(120B、120C)中的一个。
3.根据权利要求1或2所述的转换器(1)，其中所述磁性组件(100)配置成使得：
在调制周期(T)的第一部分内，所述初级部分(110)的第一部分(111)将能量转移到所述第一次级部分(120B)，且所述初级部分(110)的第二部分(112)产生电感存储能量；
在调制周期(T)的第二部分内，所述初级部分(110)的第二部分(112)将能量转移到所述第二次级部分(120C)，且所述初级部分(110)的所述第一部分(111)产生电感存储能量。
4.根据前述权利要求所述的转换器(1)，其中：
所述第一臂(B)的所述开关(QB1、QB2)配置成在第一运行部分内导通并在第二运行部分内断开；以及
所述第二臂(C)的所述开关(QC1、QC2)配置成在所述第二运行部分内导通并在所述第一运行部分内断开。
5.根据前述权利要求中任一项所述的转换器(1)，其中在所述次级部分(120)的每一个臂(B、C)中，所述开关配置成同时处于相同状态，以及与另一个臂的所述开关同时处于不同状态。
6.根据前述权利要求中任一项所述的转换器(1)，其中所述次级部分(120)的所述臂(B、C)的末端彼此连接，第一末端配置成连接到所述次级部分(120)的接地(GND2)，第二末端配置成连接到所述转换器(1)的输出端。
7.根据前述权利要求中任一项所述的转换器(1)，其中所述磁性组件(100)的所述次级部分(120B、120C)不彼此磁性地耦合，所述次级部分(120B、120C)磁性地耦合到所述初级部分(110)。
8.根据前述权利要求中任一项所述的转换器(1)，其中所述初级侧开关(QA1、QA2)配置成在大致恒定的工作循环(α)下运行；所述转换器(1)包括至少一个其它开关(QD1、QD2)，所述至少一个其它开关配置成通过控制由所述初级侧开关(QA1、QA2)传送的所述电压来控制所述绝缘型直流电/直流电转换器的所述输出电压。
9.根据前述权利要求所述的转换器(1)，其中所述初级侧开关(QA1、QA2)配置成使得其所述工作循环(α)大致等于50％。
10.根据前述权利要求中任一项所述的转换器(1)，包括短路检测器(50)，配置成：
检测所述次级部分(120)中的所述次级侧开关(QB2、QC2)中的一个中的短路；
断开所述短路开关所属的所述次级侧臂的另一个开关(QB1、QC1)，以便抵消所述短路。
CN201780011517.2A 2016-02-15 2017-02-14 绝缘型直流电/直流电转换器 Active CN108702095B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1651214A FR3047855B1 (fr) 2016-02-15 2016-02-15 Convertisseur dc/dc isole
FR1651214 2016-02-15
PCT/EP2017/053285 WO2017140672A1 (fr) 2016-02-15 2017-02-14 Convertisseur dc/dc isole

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108702095A true CN108702095A (zh) 2018-10-23
CN108702095B CN108702095B (zh) 2021-02-19

Family

ID=56008703

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780011517.2A Active CN108702095B (zh) 2016-02-15 2017-02-14 绝缘型直流电/直流电转换器

Country Status (7)

Country Link
US (1) US11621642B2 (zh)
EP (1) EP3417537B1 (zh)
JP (1) JP7061963B2 (zh)
KR (1) KR20180124026A (zh)
CN (1) CN108702095B (zh)
FR (1) FR3047855B1 (zh)
WO (1) WO2017140672A1 (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040022075A1 (en) * 2002-08-02 2004-02-05 Marty Perry Full-wave coupled inductor power converter
US20050254266A1 (en) * 2002-03-29 2005-11-17 Jitaru Ionel D Method and apparatus for controlling a synchronous rectifier
CN103887974A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 三星电机株式会社 电源
US20150236611A1 (en) * 2012-11-29 2015-08-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Electric power conversion apparatus

Family Cites Families (20)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5754413A (en) 1996-02-23 1998-05-19 Lucent Technologies Inc. Reduced voltage stress asymmetrical DC-to-DC converter using first and second transformers having differing turns ratios
JP3981886B2 (ja) * 2003-03-11 2007-09-26 株式会社デンソー 整流回路
US7149096B2 (en) * 2004-02-18 2006-12-12 Astec International Limited Power converter with interleaved topology
US7061778B2 (en) 2004-06-07 2006-06-13 Power Integrations, Inc. Method and apparatus for extending the operating range of a flyforward converter
JP4649299B2 (ja) * 2005-09-07 2011-03-09 株式会社東芝 Ｄｃ−ｄｃコンバータ
US7286373B1 (en) * 2006-04-07 2007-10-23 Li Shin International Enterprise Corporation Full-resonant power circuit device for receiving a variable input voltage
JP4378400B2 (ja) * 2007-08-28 2009-12-02 日立コンピュータ機器株式会社 双方向ｄｃ−ｄｃコンバータ及び双方向ｄｃ−ｄｃコンバータの制御方法
KR100966335B1 (ko) * 2008-03-14 2010-06-28 삼성전기주식회사 전류 분배 변압기를 이용한 스위칭 전원 장치
EP2416486B1 (en) * 2009-03-30 2018-05-30 Hitachi, Ltd. Power conversion device
JP5389505B2 (ja) 2009-04-02 2014-01-15 株式会社日本自動車部品総合研究所 電力変換システム
CN103098360A (zh) * 2011-08-12 2013-05-08 英特赛尔美国股份有限公司 用于电力转换器的箝位电路
IN2014DN03129A (zh) * 2011-12-01 2015-06-26 Ericsson Telefon Ab L M
JP5741558B2 (ja) * 2012-11-09 2015-07-01 トヨタ自動車株式会社 電力変換装置
FR3015041B1 (fr) * 2013-12-16 2017-05-05 Valeo Systemes De Controle Moteur Dispositif de mesure d'un courant hache
JP2015142419A (ja) 2014-01-28 2015-08-03 新電元工業株式会社 複合トランス及び共振コンバータ
FR3023083B1 (fr) * 2014-06-30 2018-03-16 Valeo Siemens Eautomotive France Sas Convertisseur de tension comprenant un circuit convertisseur dc/dc isole
FR3027469B1 (fr) * 2014-10-16 2016-12-23 Valeo Systemes De Controle Moteur Convertisseur dc/dc isole
EP3295465A4 (en) * 2015-03-13 2018-11-07 Rompower Energy Systems, Inc. Method and apparatus for obtaining soft switching in all the switching elements through current shaping and intelligent control
JP6235540B2 (ja) * 2015-08-28 2017-11-22 株式会社豊田中央研究所 電力変換回路
FR3042661B1 (fr) * 2015-10-16 2017-12-08 Valeo Systemes De Controle Moteur Convertisseur dc/dc isole

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20050254266A1 (en) * 2002-03-29 2005-11-17 Jitaru Ionel D Method and apparatus for controlling a synchronous rectifier
US20040022075A1 (en) * 2002-08-02 2004-02-05 Marty Perry Full-wave coupled inductor power converter
US20150236611A1 (en) * 2012-11-29 2015-08-20 Kabushiki Kaisha Toshiba Electric power conversion apparatus
CN103887974A (zh) * 2012-12-21 2014-06-25 三星电机株式会社 电源

Also Published As

Publication number Publication date
EP3417537B1 (fr) 2020-04-01
US20190058407A1 (en) 2019-02-21
WO2017140672A1 (fr) 2017-08-24
FR3047855B1 (fr) 2018-03-16
CN108702095B (zh) 2021-02-19
JP7061963B2 (ja) 2022-05-02
JP2019505160A (ja) 2019-02-21
EP3417537A1 (fr) 2018-12-26
US11621642B2 (en) 2023-04-04
KR20180124026A (ko) 2018-11-20
FR3047855A1 (fr) 2017-08-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10298069B2 (en) Wireless power receiving device and wireless power transmission device
CN106416032B (zh) 直流电压转换器的车载电网隔离电路和将车载电网与直流电压转换器隔离的方法
CN109414997B (zh) 车辆车载电网、充电***、充电站和用于传输电能的方法
CN109874376A (zh) 直流电压转换器和用于操控直流电压转换器的方法
CN103959625B (zh) 用于控制直流电压转换器的控制装置和方法
CN111316551B (zh) 电动车用电源装置
CN102387935A (zh) 双向并且无接触地传输功率以便对电动车辆充电
WO2019070771A1 (en) CURRENT SHARING APPARATUS FOR TRANSFERRING WIRELESS ENERGY
CN108475991A (zh) 隔离式直流-直流变换器
CN106416036B (zh) 用于推挽转换器的升压转换器运行的调制方法
CN105391289A (zh) 对于功率转换器的增强操作和保护的***和方法
CN103107712A (zh) 电变频器，电转换器和电网耦合转换器
CN113131628A (zh) 无线电能传输***、无线电能传输装置及方法
CN107112904B (zh) Dc/dc转换器
CN107967986A (zh) 可变匝比变压器及基于该变压器的llc隔离谐振变换器
US10601327B2 (en) Isolated DC/DC converter and method for converting voltage with an isolated DC/DC converter
CN102611079B (zh) 隔离式功率转换器的短路保护***及方法
CN101154943B (zh) 确定接通阈的方法和执行该方法的电子电路装置
CN115723594A (zh) 发射端、接收端、动态无线供电***及电动汽车
JP2013158168A (ja) 共振型コンバータ
TWI399010B (zh) Power supply
CN108702095A (zh) 绝缘型直流电/直流电转换器
CN107005174A (zh) 隔离直流/直流转换器及电压转换方法
CN207410075U (zh) 基于ddq磁结构的均流电路
CN113193664B (zh) 自适应感应取电装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant
TR01 Transfer of patent right
TR01 Transfer of patent right

Effective date of registration: 20220819

Address after: 14 bizin Avenue, Sergi, France 95800

Patentee after: VALEO SIEMENS EAUTOMOTIVE FRANCE S.A.S.

Address before: France Sergio Bon gasssith BP68532 Bi Jin Avenue 14 (zip code: 95892)

Patentee before: Vero Engine Control System