CN113922669A - 一种变换电路、装置和取力发电*** - Google Patents

Abstract

本发明公开一种变换电路、装置和取力发电***，所述变换电路连接电源和负载，包括第一开关、第二开关、电能消耗模块和第一变换模块；第一开关与第二开关串联后分别连接电源的两端；电能消耗模块并联于第一开关并用于消耗电能；第一变换模块的输入端并联于第二开关，输出端连接负载，用于将电能进行第一变换后传递至负载；在第一开关导通且第二开关关断时，电能消耗模块被短路，第一变换模块进行第一变换；在第二开关导通且第一开关关断时，第一变换模块被短路，电能消耗模块消耗电源电能。所述装置和取力发电***采用了上述变换电路。本发明的技术方案，适于在取力发电机输出过压时保证后级应用电路或负载的安全。

Description

一种变换电路、装置和取力发电***

技术领域

本发明涉及车载取力发电技术领域，更具体来讲，涉及一种变换电路、装置和取力发电***。

背景技术

取力发电***一般用于汽车，包括取力发电机并利用车辆行驶时所需的动能进行发电，取力发电机的发电量与取力发电机的转速呈正相关。然而，在车辆实际行驶过程中，取力发电机的转速是实时变化的，使得取力发电机输出电压存在较大范围的波动，控制特性较差。尤其是在输出电压过高时，容易导致后级应用电路或负载发生过压现象。

发明内容

本发明的目的是克服上述背景技术提及的至少一种缺陷，提供一种变换电路、装置和取力发电***，适于在取力发电机输出过压时保证后级应用电路或负载的安全。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了第一技术方案：一种变换电路，连接电源和负载；其包括：第一开关；第二开关，其与所述第一开关串联后分别连接所述电源的两端；电能消耗模块，其并联于所述第一开关并用于消耗电能；和第一变换模块，其输入端并联于所述第二开关，其输出端连接所述负载，用于将电能进行第一变换后传递至所述负载；其中，在第一开关导通且第二开关关断时，所述电能消耗模块被短路，所述第一变换模块连接所述电源并进行所述第一变换；在第二开关导通且第一开关关断时，所述第一变换模块被短路，所述电能消耗模块连接所述电源并消耗电能。

第一技术方案中，第一开关和第二开关串联后连接电源，变换电路除了实现主要变换功能的第一变换模块外还具有电能消耗模块，且二者分别并联于第二开关和第一开关，从而适于对第一开关和第二开关进行切换导通来使第一变换模块和电能消耗模块切换接入电源，进而适于在电源电压过高时通过切断第一变换模块并投入电能消耗模块来消耗电源电能，防止后级应用电路或负载发生过压现象，保证***安全。此外，第一开关与第二开关串联后连接电源，在具体应用时可采用集成的开关封装，相较于分立的两个开关器件，成本更低。

在第一技术方案的基础上，本发明还提供了第二技术方案：所述第一变换模块包括储能器件，所述第一变换为升压变换；所述第一开关和第二开关还适于在所述第一变换模块未进行所述第一变换时与所述第一变换模块的储能器件共同构成第二变换模块，并将电能进行第二变换后传递至所述负载；其中，所述第二变换为降压变换。

第二技术方案旨在为解决第一技术方案仍存在的缺陷进一步提供物质基础。具体来说，在第一技术方案中，第一变换模块与电能消耗模块只能择一地接入电源，这使得在电源电压过高时变换电路实际上没有输出，电能无法流向后级，影响了后级供电稳定性。在第二技术方案中，基于第一开关与第二开关串联后分别连接电源的电路结构，且第一变换模块具有储能器件，这使得可通过对第一开关、第二开关进行导通控制，使二者不仅仅起到控制第一变换模块和电能消耗模块是否投切的作用，还能进一步与储能器件共同构成适于进行降压变换的第二变换模块，并将经第二变换后降压的电能传递给负载，从而保证后级的供电稳定性，并一定程度上降低后级的过压风险。

在第二技术方案的基础上，本发明还提供了第三技术方案：定义所述第二开关连接第一开关和电源的两端分别为第一端子和第二端子；所述第二开关界定出彼此并联且均为单向的第一通路和第二通路，所述第一通路导通时允许电流由所述第一端子流向第二端子，所述第二通路导通时允许电流由所述第二端子流向第一端子；所述第二变换模块在进行所述第二变换时具有第一状态、第二状态和第三状态；在所述第一状态，所述第一开关导通且第二开关的第一通路关断，所述储能器件储能；在所述第二状态，所述第一开关关断且第二开关的第二通路导通，所述储能器件释能并通过所述第二通路续流；在所述第三状态，所述第一开关关断且第二开关的第一通路导通，所述电能消耗模块通过所述第一通路连接所述电源并消耗电能。

在第三技术方案中，第二开关被配置为具有两个彼此相反的单向电流通路，在此基础上，第二变换模块在进行第二变换的过程中，除了利用第一开关实现储能器件的储能过程、利用第二开关实现储能器件的续流过程外，还可以将第二开关的第一通路导通，使得在储能器件续流完成后可进一步将电能消耗模块接入电源，从而将第二变换模块的降压作用和电能消耗模块的电能消耗作用很好地结合，以适于在电源电压严重过压时大幅降低变换电路的输出电压，从而降低后级过压风险，很好地平衡了后级过压风险和后级电能供应这两个矛盾。

在第三技术方案的基础上，本发明还提供了第四技术方案：所述电源为直流电源；所述第一开关为IGBT，所述第二开关为带反并联二极管的IGBT；所述第一开关的集电极极连接所述电源的正极，其发射极连接所述第二开关的集电极，所述第二开关的发射极连接所述电源的负极；所述第二开关的三极管通路和二极管通路分别构成所述第一通路和第二通路；所述第一变换模块为Boost升压模块，其包括第一电感、第三开关和第四开关；所述第三开关为二极管，所述第四开关为IGBT，所述第三开关的阳极连接所述第四开关的集电极，所述第四开关的发射极连接所述电源的负极；所述第一电感构成所述储能器件，其一端连接所述第一开关与第二开关的公共点，另一端连接所述第三开关与第四开关的公共点；其中，所述第一开关、第二开关的反并联二极管与第一电感适于共同构成被配置为Buck降压模块的所述第二变换模块；所述第三开关的阴极构成所述第一变换模块和第二变换模块的一输出端，所述电源的负极构成所述第一变换模块和第二变换模块的另一输出端。

在第四技术方案中，提供了变换电路在电路结构上的较优实施方式，即第一开关、第二开关、第一变换模块和第二变换模块的具体结构和连接关系。具体来说，第一变换模块为Boost升压模块，可在电源电压较低时实现输入电压的升压，以达到后级使用要求。并且，Boost升压模块所具有的第一电感，可被构造为Buck降压模块的第二变换模块有效复用。此外，Boost升压模块所具有的二极管结构，也能保证Buck降压模块输出的电压能够对外输出。在此基础上，将第二开关配置为带反并联二极管的IGBT，使得其三极管部分可用于控制电能消耗模块的投切，其二极管部分则可用于实现Buck降压模块的续流过程，进而适于将该第二开关与第一开关和第一电感共同形成上述的Buck降压模块，以在降压后实现对后级的供电。因而，在本技术方案中，第一开关、第二开关和第一电感均适于在变换电路处于不同的工作模式时被有效复用，这不仅实现了同一变换电路具有多种工作模式，还节省了器件成本。

在第四技术方案的基础上，本发明还提供了第五技术方案：所述电能消耗模块为第一电阻，其两端分别连接所述第一开关的两端。

第五技术方案中，电能消耗模块被配置为电阻，可将过剩电能转化为热能，结构简单且电能消耗过程安全稳定。

在第四或第五技术方案的基础上，本发明还提供了第六技术方案：还包括母线模块和电压平衡模块；所述母线模块包括第一电容和第二电容，所述第一电容与第二电容串联后分别连接所述第三开关的阴极和所述电源的负极；所述电压平衡模块包括第二电感、第五开关和第六开关；所述第五开关和第六开关为IGBT，二者串联后分别连接所述母线模块的两端；所述第二电感的一端连接所述第五开关和第六开关的公共点，另一端连接所述第一电容和第二电容的公共点；所述第五开关和第六开关切换导通，并使所述第二电感切换储能和释能，以平衡所述第一电容和第二电容的电压。

第六技术方案中，引入了DC-DC变换器中常有的母线模块以储存电能，进一步设置电压平衡模块来平衡母线电压，可保证变换电路运行过程的稳定性。

为实现上述目的，本发明的第二方面还提供了第七技术方案：一种变换装置，包括控制器和如第一技术方案所述的变换电路；所述控制器获取所述电源电压，并在电源电压低于一第一电压阈值时控制所述第一开关导通、第二开关关断以及所述第一变换模块进行所述第一变换；所述控制器还在电源电压高于一第二电压阈值时控制所述第一开关关断以及第二开关导通；其中，所述第一电压阈值小于等于第二电压阈值。

在第七技术方案中，变换装置在相应变换电路的物质基础上，还通过控制器进行电压阈值判断来切换变换电路处于输入电压正常的升压变换模式和输入电压过压时的电能消耗模式，可在电源电压过高时通过切断第一变换模块并投入电能消耗模块来消耗电源电能，防止后级应用电路或负载发生过压现象，保证***安全。

为实现上述目的，本发明的第三方面还提供了第八技术方案：一种变换装置，包括控制器和如第二技术方案所述的变换电路；所述控制器获取所述电源电压，并在电源电压低于一第三电压阈值时控制所述第一开关导通、第二开关关断以及所述第一变换模块进行所述第一变换；所述控制器还在电源电压高于一第四电压阈值时控制所述第一变换模块不进行所述第一变换，且所述第二变换模块进行所述第二变换；其中，所述第三电压阈值小于等于第四电压阈值。

在第八技术方案中，变换装置在相应变换电路的物质基础上，还通过控制器进行电压阈值判断来切换变换电路处于输入电压正常的升压变换模式和输入电压过压时的降压变换模式，可在电源电压过高时控制第一变换模块不工作且第二变换模块复用第一变换模块的储能器件来进行降压变换，将经第二变换后降压的电能传递给负载，从而保证后级的供电稳定性，并一定程度上降低后级的过压风险。

为实现上述目的，本发明的第四方面提供了第九技术方案：一种变换装置，包括控制器和如第三、第四、第五或第六技术方案所述的变换电路；所述控制器获取所述电源电压，并在电源电压低于一第五电压阈值时控制所述第一开关导通、第二开关关断以及所述第一变换模块进行所述第一变换；所述控制器还在电源电压高于所述第五电压阈值时控制所述第一变换模块不进行所述第一变换，且所述第二变换模块进行所述第二变换；其中，在所述第二变换模块进行所述第二变换时，所述控制器还在所述电源电压低于一第六电压阈值时控制所述第二变换模块切换于所述第一状态和第二状态，所述控制器还在所述电源电压高于所述第六电压阈值时控制所述第二变换模块依次切换于所述第一状态、第二状态和第三状态；所述第五电压阈值小于第六电压阈值。

在第九技术方案中，变换装置在相应变换电路的物质基础上，还通过控制器进行电压阈值判断来切换变换电路处于输入电压正常的升压变换模式、输入电压过压时的降压变换模式和输入电压严重过压时的降压变换-电能消耗耦合模式，有利于在电源电压严重过压时大幅降低变换电路的输出电压，从而降低后级过压风险，很好地平衡了后级过压风险和后级电能供应这两个矛盾。

为实现上述目的，本发明的第五方面还提供了第十技术方案：一种取力发电***，包括：取力发电装置，以取力发电的方式产生电能；和如第七、第八或第九技术方案所述的变换装置，其连接所述取力发电装置以接入电能，并将电能变换后传递至所述负载。

第十技术方案中，取力发电***采用了前述的变换装置和变换电路，继承了二者的全部优势。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例变换电路的结构图。

图2a-2b是本发明实施例变换电路在升压变换模式的状态图；

图3a-3b是本发明实施例变换电路在降压变换模式的状态图；

图4是本发明实施例变换电路在电能消耗模式的状态图；

图5是本发明实施例取力发电***的结构框图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的优选实施例，且不应被看作对其他实施例的排除。基于本发明实施例，本领域的普通技术人员在不作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，除非另有明确限定，如使用术语“第一”、“第二”或“第三”等，都是为了区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“包括”、“具有”以及它们的变形，意图在于“包含但不限于”。本发明的权利要求书、说明书及上述附图中，如使用术语“电连接”，则表示其包含了直接电连接和间接电连接两种情况。

先参照图5，本发明实施例提供一种取力发电***，应用于车载环境，包括取力发电装置、整流装置、直流变换装置和负载。

所述取力发电装置为取力发电机，如前所述，其利用车辆行驶时所需的动能并以取力发电的方式产生电能。本实施例中，取力发电装置产生交流电能，负载为直流负载，因而在二者间设置了所述整流装置和直流变换装置。其中，整流装置主要用于进行交直变换，而直流变换装置则主要用于进行升压变换，以向负载提供适于使用的直流电压。换言之，直流变换装置连接所述取力发电装置以接入电能，并将电能变换后传递至所述负载。

值得说明的是，本发明的重点在于通过改进直流变换装置来解决其输入电压过高时对后级负载造成的风险，因而不对取力发电***的其他部分进行赘述。可以理解的是，所述的输入电压过高可作广义理解，其指的是输入电压相对于负载所需电压过高，因而既可以包含输入电压较高的情况，也可以包含负载所需电压较低的情况。

所述直流变换装置(下称为变换装置)包括变换电路和用于控制变换电路工作模式的控制器。以下先介绍变换电路(即变换装置的硬件部分)，随后再基于该变换电路介绍内化了不同控制策略的控制器(即变换装置的软件部分)。

参照图1，所述变换电路用于连接电源和负载，包括第一开关S1、第二开关S2、电能消耗模块、第一变换模块、母线模块和电压平衡模块。本实施例中，所述电源即为所述整流装置的输出端，换言之，所述电源为直流电源，其具有正极和负极。

所述第一开关S1与第二开关S2串联后分别连接所述电源的两端，其中所述第一开关S1连接所述电源的正极，所述第二开关S2连接所述电源的负极。较佳的，定义所述第二开关S2连接第一开关S1和电源的两端分别为第一端子和第二端子，所述第二开关S2界定出彼此并联且均为单向的第一通路和第二通路，所述第一通路导通时允许电流由所述第一端子流向第二端子，所述第二通路导通时允许电流由所述第二端子流向第一端子。

具体结构中，所述第一开关S1为IGBT，所述第二开关S2为带反并联二极管的IGBT。所述第一开关S1的集电极极连接所述电源的正极，其发射极连接所述第二开关S2的集电极，所述第二开关S2的发射极连接所述电源的负极。由于第二开关S2为带反并联二极管的IGBT，其具有彼此并联且流向相反的三极管通路和二极管通路。所述三极管通路构成所述第一通路，在其导通时允许电流由第二开关S2的集电极流向发射极。所述二极管通路构成所述第二通路，在其导通时允许电流由第二开关S2的发射极流向集电极。

值得说明的是，在具体应用时，第一开关S1和第二开关S2可采用集成的IGBT封装，这相较于分立的两个IGBT器件，成本更低。

所述电能消耗模块并联于所述第一开关S1并用于消耗电能。本实施例中，所述电能消耗模块为第一电阻R1，其两端分别连接所述第一开关S1的两端，可将过剩电能转化为热能，结构简单且电能消耗过程安全稳定。

所述第一变换模块输入端并联于所述第二开关S2，其输出端连接所述负载，用于将电能进行第一变换后传递至所述负载。较佳的，所述第一变换模块包括储能器件，并用于进行升压变换。具体的，所述第一变换模块被配置为Boost升压模块，其包括第一电感L1、第三开关S3和第四开关S4。所述第三开关S3为二极管，所述第四开关S4为IGBT，所述第三开关S3的阳极连接所述第四开关S4的集电极，所述第四开关S4的发射极连接所述电源的负极。所述第一电感L1构成所述储能器件，其一端连接所述第一开关S1与第二开关S2的公共点，另一端连接所述第三开关S3与第四开关S4的公共点。不言而喻的，所述第三开关S3的阴极构成所述第一变换模块的一输出端，所述电源的负极构成所述第一变换模块的另一输出端。

所述母线模块包括第一电容C1和第二电容C2，所述第一电容C1与第二电容C2串联后分别连接所述第三开关S3的阴极和所述电源的负极。

所述电压平衡模块包括第二电感L2、第五开关S5和第六开关S6。本实施例中，所述第五开关S5和第六开关S6为IGBT，二者串联后分别连接所述母线模块的两端。所述第二电感L2的一端连接所述第五开关S5和第六开关S6的公共点，另一端连接所述第一电容C1和第二电容C2的公共点。所述第五开关S5和第六开关S6切换导通，并使所述第二电感L2切换储能和释能，以平衡所述第一电容C1和第二电容C2的电压。换言之，电压平衡模块为一平衡桥，例如在第一电容C1电压低于第二电容C2电压时，先使第六开关S6导通以将第二电容C2的能量部分储存于第二电感L2，再使第五开关S5导通以将第二电感L2所储存的能量再释放到第一电容C1上，从而使得二者电压平衡，反之同理，从而保证了变换电路运行过程的稳定性。

接下来参照图2a-4，介绍对具有上述构造的变换电路进行不同的开关导通配置，可使得变换电路处于不同的工作模式以应对不同的工作场景。

先参照图2a-2b，在第一开关S1导通且第二开关S2关断时，所述电能消耗模块被短路，所述第一变换模块连接所述电源并进行所述第一变换。换言之，此时变换电路处于常规工作场景并处于升压变换模式，即第一变换模块正常工作并进行升压变换，且分别完成如图2a所示出的第一电感L1储能过程和如图2b所示出的第一电感L1续流过程。鉴于Boost升压电路本身为现有技术，故不再对其工作原理进行赘述。

随后参照图4，在第二开关S2导通且第一开关S1关断时，所述第一变换模块被短路，所述电能消耗模块连接所述电源并消耗电能。换言之，此时变换电路工作于输入电压过高的工作场景并处于电能消耗模式，通过将电能流过电阻以将过剩电能转化为热能并消耗，防止后级过压。

可以看出，在上述配置下，可通过控制第一开关S1和第二开关S2的导通与否，控制电能消耗模块和第一变换模块的投切，即控制电能消耗模块和第一变换模块切换接入电源，进而适于在电源电压过高时通过切断第一变换模块并投入电能消耗模块来消耗电源电能，防止后级应用电路或负载发生过压现象，保证***安全。

较佳的，基于上述的变换电路，所述第一开关S1和第二开关S2还适于在所述第一变换模块未进行所述第一变换时与所述第一变换模块的储能器件共同构成第二变换模块，并将电能进行第二变换后传递至所述负载，其中，所述第二变换为降压变换。可以理解的，基于图1所示出的具体电路结构，所述第一开关S1、第二开关S2的反并联二极管与第一电感L1适于共同构成被配置为Buck降压模块的所述第二变换模块。所述第三开关S3的阴极和电源负极分别构成该第二变换模块的两输出端。也可以看出，第一变换模块与第二变换模块复用了第一电感L1，并具有相同的输出端，该输出端也构成整个变换电路的总输出端。

接下来参照图3a-3b，控制第四开关S4关断从而使得第一变换模块无法正常工作从而无法进行所述第一变换，在此基础上，对第一开关S1进行高频导通控制，可使得第一开关S1、第二开关S2的反并联二极管和第一电感L1共同构成Buck降压电路。此时，变换电路工作于输入电压过高的工作场景并处于降压变换模式，即第二变换模块进行降压变换，且分别完成如图3a所示出的第一电感L1储能过程和如图3b所示出的第一电感L1续流过程。鉴于Buck降压电路本身为现有技术，故不再对其工作原理进行赘述。

可以看出，在上述配置下，第一开关S1和第二开关S2不仅可起到控制第一变换模块和电能消耗模块是否投切的作用，还能进一步与储能器件共同构成适于进行降压变换的第二变换模块，并将经第二变换后降压的电能传递给负载，从而保证后级的供电稳定性，并一定程度上降低后级的过压风险。

进一步的，结合图3a-3b和图4，所述变换电路还可进行如下配置。所述第二变换模块在进行所述第二变换时具有第一状态、第二状态和第三状态。

在所述第一状态，所述第一开关S1导通且第二开关S2的第一通路关断，所述储能器件储能，如图3a所示。

在所述第二状态，所述第一开关S1关断且第二开关S2的第二通路导通，所述储能器件释能并通过所述第二通路续流，如图3b所示。

在所述第三状态，所述第一开关S1关断且第二开关S2的第一通路导通，所述电能消耗模块通过所述第一通路连接所述电源并消耗电能，如图4所示。

可以看出，在上述配置下，由于第二开关S2被配置为具有两个彼此相反的单向电流通路，除了利用第一开关S1实现储能器件的储能过程、利用第二开关S2实现储能器件的续流过程外，还可以将第二开关S2的第一通路导通，使得在储能器件续流完成后可进一步将电能消耗模块接入电源，从而将第二变换模块的降压作用和电能消耗模块的电能消耗作用很好地结合，以适于在电源电压严重过压时大幅降低变换电路的输出电压，从而降低后级过压风险，很好地平衡了后级过压风险和后级电能供应这两个矛盾。

因而，由于第一开关S1、第二开关S2和第一电感L1均适于在变换电路处于不同的工作模式时被有效复用，这不仅实现了同一变换电路具有多种工作模式，还节省了器件成本。

接下来介绍所述控制器，通过内化了三种不同的控制策略从而对应地形成三种不同的变换装置。通过下述介绍，将使得本发明的变换电路、变换装置和取力发电***的优势更为清晰。

在第一控制策略下，所述控制器获取所述电源电压，并在电源电压低于一第一电压阈值时控制所述第一开关S1导通、第二开关S2关断以及所述第一变换模块进行所述第一变换，如图2a-2b所示。所述控制器还在电源电压高于一第二电压阈值时控制所述第一开关S1关断以及第二开关S2导通，使得电能消耗模块接入电源并消耗电能，如图4所示。其中，所述第一电压阈值小于等于第二电压阈值。换言之，第一电压阈值和第二电压阈值可以是相同的，也可以构成一个预设电压范围。

因而，第一控制策略结合了图2a-2b和图4分别示出的升压变换模式和电能消耗模式，控制器通过进行电压阈值判断来切换变换电路处于输入电压正常的升压变换模式和输入电压过压时的电能消耗模式，可在电源电压过高时通过切断第一变换模块并投入电能消耗模块来消耗电源电能，防止后级应用电路或负载发生过压现象，保证***安全。

可以理解的，控制器内部也可包括多个模块，例如用于获取电压的获取模块、用于数值比较的比较模块，以及用于控制各开关的控制模块。本实施例中，控制模块发出PWM控制信号以控制各可控的开关。

在第二控制策略下，所述控制器获取所述电源电压，并在电源电压低于一第三电压阈值时控制所述第一开关S1导通、第二开关S2关断以及所述第一变换模块进行所述第一变换，如图2a-2b所示。所述控制器还在电源电压高于一第四电压阈值时控制所述第一变换模块不进行所述第一变换，且所述第二变换模块进行所述第二变换，如图3a-3b所示。其中，所述第三电压阈值小于等于第四电压阈值，换言之，第三电压阈值和第四电压阈值可以是相同的，也可以构成一个预设电压范围。

因而，第一控制策略结合了图2a-2b和图3a-3b分别示出的升压变换模式和降压变换模式，控制器通过进行电压阈值判断来切换变换电路处于输入电压正常的升压变换模式和输入电压过压时的降压变换模式，可在电源电压过高时控制第一变换模块不工作且第二变换模块复用第一变换模块的储能器件来进行降压变换，将经第二变换后降压的电能传递给负载，从而保证后级的供电稳定性，并一定程度上降低后级的过压风险。

可以理解的，第二控制策略所界定的电压阈值，虽命名上与第一控制策略所界定的电压阈值不同，但这主要是为了在术语上区别不同对象，并非限定二者实质不同。

在第三控制策略下，所述控制器获取所述电源电压，并在电源电压低于一第五电压阈值时控制所述第一开关S1导通、第二开关S2关断以及所述第一变换模块进行所述第一变换，如图2a-2b所示。所述控制器还在电源电压高于所述第五电压阈值时控制所述第一变换模块不进行所述第一变换，且所述第二变换模块进行所述第二变换。其中，在所述第二变换模块进行所述第二变换时，所述控制器还在所述电源电压低于一第六电压阈值时控制所述第二变换模块切换于所述第一状态和第二状态，如图3a-3b所示，所述控制器还在所述电源电压高于所述第六电压阈值时控制所述第二变换模块依次切换于所述第一状态、第二状态和第三状态，如图3a-3b和图4所示。本实施例中，所述第五电压阈值小于第六电压阈值。

因而，第三控制策略结合了图2a-2b、图3a-3b和图4分别示出的升压变换模式、降压变换模式和电能消耗模式，控制器通过进行电压阈值判断来切换变换电路处于输入电压正常的升压变换模式、输入电压过压时的降压变换模式和输入电压严重过压时的降压变换-电能消耗耦合模式，有利于在电源电压严重过压时大幅降低变换电路的输出电压，从而降低后级过压风险，很好地平衡了后级过压风险和后级电能供应这两个矛盾。

综上所述，基于本发明的变换电路，可以在同一电路的硬件基础上对软件部分进行不同配置，使得变换电路可在有效复用了多个器件的情况下工作于不同的工作模式，以适于应对具有不同输入电压的不同工作场景，并使取力发电***能够安全稳定地工作，且节省了器件成本。

上述说明书和实施例的描述，用于解释本发明保护范围，但并不构成对本发明保护范围的限定。通过本发明或上述实施例的启示，本领域普通技术人员结合公知常识、本领域的普通技术知识和/或现有技术，通过合乎逻辑的分析、推理或有限的试验可以得到的对本发明实施例或其中一部分技术特征的修改、等同替换或其他改进，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种变换电路，连接电源和负载；其特征在于，包括：

第一开关；

第二开关，其与所述第一开关串联后分别连接所述电源的两端；

电能消耗模块，其并联于所述第一开关并用于消耗电能；和

第一变换模块，其输入端并联于所述第二开关，其输出端连接所述负载，用于将电能进行第一变换后传递至所述负载；

其中，在第一开关导通且第二开关关断时，所述电能消耗模块被短路，所述第一变换模块连接所述电源并进行所述第一变换；在第二开关导通且第一开关关断时，所述第一变换模块被短路，所述电能消耗模块连接所述电源并消耗电能。

2.如权利要求1所述的一种变换电路，其特征在于：所述第一变换模块包括储能器件，所述第一变换为升压变换；

所述第一开关和第二开关还适于在所述第一变换模块未进行所述第一变换时与所述第一变换模块的储能器件共同构成第二变换模块，并将电能进行第二变换后传递至所述负载；其中，所述第二变换为降压变换。

3.如权利要求2所述的一种变换电路，其特征在于：定义所述第二开关连接第一开关和电源的两端分别为第一端子和第二端子；

所述第二开关界定出彼此并联且均为单向的第一通路和第二通路，所述第一通路导通时允许电流由所述第一端子流向第二端子，所述第二通路导通时允许电流由所述第二端子流向第一端子；

所述第二变换模块在进行所述第二变换时具有第一状态、第二状态和第三状态；

在所述第一状态，所述第一开关导通且第二开关的第一通路关断，所述储能器件储能；

在所述第二状态，所述第一开关关断且第二开关的第二通路导通，所述储能器件释能并通过所述第二通路续流；

在所述第三状态，所述第一开关关断且第二开关的第一通路导通，所述电能消耗模块通过所述第一通路连接所述电源并消耗电能。

4.如权利要求3所述的一种变换电路，其特征在于：所述电源为直流电源；

所述第一开关为IGBT，所述第二开关为带反并联二极管的IGBT；所述第一开关的集电极极连接所述电源的正极，其发射极连接所述第二开关的集电极，所述第二开关的发射极连接所述电源的负极；所述第二开关的三极管通路和二极管通路分别构成所述第一通路和第二通路；

所述第一变换模块为Boost升压模块，其包括第一电感、第三开关和第四开关；

所述第三开关为二极管，所述第四开关为IGBT，所述第三开关的阳极连接所述第四开关的集电极，所述第四开关的发射极连接所述电源的负极；所述第一电感构成所述储能器件，其一端连接所述第一开关与第二开关的公共点，另一端连接所述第三开关与第四开关的公共点；

其中，所述第一开关、第二开关的反并联二极管与第一电感适于共同构成被配置为Buck降压模块的所述第二变换模块；所述第三开关的阴极构成所述第一变换模块和第二变换模块的一输出端，所述电源的负极构成所述第一变换模块和第二变换模块的另一输出端。

5.如权利要求4所述的一种变换电路，其特征在于：所述电能消耗模块为第一电阻，其两端分别连接所述第一开关的两端。

6.如权利要求4或5所述的一种变换电路，其特征在于：还包括母线模块和电压平衡模块；

所述母线模块包括第一电容和第二电容，所述第一电容与第二电容串联后分别连接所述第三开关的阴极和所述电源的负极；

所述电压平衡模块包括第二电感、第五开关和第六开关；所述第五开关和第六开关为IGBT，二者串联后分别连接所述母线模块的两端；所述第二电感的一端连接所述第五开关和第六开关的公共点，另一端连接所述第一电容和第二电容的公共点；所述第五开关和第六开关切换导通，并使所述第二电感切换储能和释能，以平衡所述第一电容和第二电容的电压。

7.一种变换装置，其特征在于，包括控制器和如权利要求1所述的变换电路；

所述控制器获取所述电源电压，并在电源电压低于一第一电压阈值时控制所述第一开关导通、第二开关关断以及所述第一变换模块进行所述第一变换；所述控制器还在电源电压高于一第二电压阈值时控制所述第一开关关断以及第二开关导通；

其中，所述第一电压阈值小于等于第二电压阈值。

8.一种变换装置，其特征在于，包括控制器和如权利要求2所述的变换电路；

所述控制器获取所述电源电压，并在电源电压低于一第三电压阈值时控制所述第一开关导通、第二开关关断以及所述第一变换模块进行所述第一变换；所述控制器还在电源电压高于一第四电压阈值时控制所述第一变换模块不进行所述第一变换，且所述第二变换模块进行所述第二变换；

其中，所述第三电压阈值小于等于第四电压阈值。

9.一种变换装置，其特征在于：包括控制器和如权利要求3-6中任一项所述的变换电路；

所述控制器获取所述电源电压，并在电源电压低于一第五电压阈值时控制所述第一开关导通、第二开关关断以及所述第一变换模块进行所述第一变换；所述控制器还在电源电压高于所述第五电压阈值时控制所述第一变换模块不进行所述第一变换，且所述第二变换模块进行所述第二变换；

其中，在所述第二变换模块进行所述第二变换时，所述控制器还在所述电源电压低于一第六电压阈值时控制所述第二变换模块切换于所述第一状态和第二状态，所述控制器还在所述电源电压高于所述第六电压阈值时控制所述第二变换模块依次切换于所述第一状态、第二状态和第三状态；

所述第五电压阈值小于第六电压阈值。

10.一种取力发电***，其特征在于，包括：

取力发电装置，以取力发电的方式产生电能；和

如权利要求7或8或9所述的变换装置，其连接所述取力发电装置以接入电能，并将电能变换后传递至所述负载。

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