CN215871196U - 直流-直流dcdc变换器及车辆 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种直流‑直流DCDC变换器以及包括所述直流‑直流DCDC变换器的车辆，所述直流‑直流DCDC变换器包括：第一直流电源端、变压器、位于所述变压器的原边侧的第一电路、位于所述变压器的副边侧的第二电路以及第二直流电源端；其中所述第一电路包括第一桥臂，所述第一桥臂包括以半桥结构布置的第一功率开关器件和第二功率开关器件；其中所述第二电路包括第二桥臂，所述第二桥臂包括以半桥结构布置的第三功率开关器件和第四功率开关器件；以及其中所述第一功率开关器件、所述第二功率开关器件、所述第三功率开关器件和所述第四功率开关器件构造成零电压导通。
Description
技术领域
本实用新型涉及电路领域，以及更具体地涉及一种直流-直流DCDC变换器以及包含所述直流-直流DCDC变换器的车辆。
背景技术
随着功率变换技术的发展，如何提升开关电源的性能/重量/体积/效率/可靠性是研究的重点，其中开关电源的高频化是实现上述性能的重要手段。然而，开关电源的开关损耗限制了工作频率的进一步提高，成为制约开关电源高频化的主要因素。
直流-直流DCDC变换器是功率变换的研究热点，并广泛运用于混动汽车以及纯电动汽车领域。直流-直流DCDC变换器不仅可以充当两个不同电压等级电气***之前的联系桥梁，还能进行能量调节和管理。
因此，设计出一种减少开关损耗的直流-直流DCDC变换器是十分必要的。
实用新型内容
本实用新型目的在于提供一种直流-直流DCDC变换器，其通过实现功率开关器件的零电压导通，降低了开关损耗和电压、电流应力以及电磁噪声。
为实现上述目的中的一个或多个，本实用新型提供一种以下技术方案。
按照本实用新型的第一方面，提供一种直流-直流DCDC变换器，所述直流-直流DCDC变换器包括：第一直流电源端、变压器、位于所述变压器的原边侧的第一电路、位于所述变压器的副边侧的第二电路以及第二直流电源端；其中所述第一电路包括第一桥臂，所述第一桥臂包括以半桥结构布置的第一功率开关器件和第二功率开关器件；其中所述第二电路包括第二桥臂，所述第二桥臂包括以半桥结构布置的第三功率开关器件和第四功率开关器件；以及其中所述第一功率开关器件、所述第二功率开关器件、所述第三功率开关器件和所述第四功率开关器件构造成零电压导通。
根据本实用新型一实施例的直流-直流DCDC变换器，其中，通过调整所述第二功率开关器件的导通时间以在所述第一桥臂的中间点处获得不同的电压，以及利用所述第一功率开关器件和所述第二功率开关器件的轮流导通在所述变压器的原边侧获得正负交替的电压。
根据本实用新型一实施例或以上任一实施例的直流-直流DCDC变换器，其中，所述第一功率开关器件的第一端与所述第一直流电源端的正极和所述变压器的初级电感的第一端连接，以及所述第一功率开关器件的第二端与所述变压器的初级电感的第一端连接；以及所述第二功率开关器件的第一端与所述第一直流电源端的负极和所述变压器的初级电感的第二端连接，所述第二功率开关器件的第二端与所述第一功率开关器件的第一端连接。
根据本实用新型一实施例或以上任一实施例的直流-直流DCDC变换器，其中，所述第三功率开关器件的第一端与所述第二直流电源端的正极和所述变压器的次级电感的第一端连接，以及所述第三功率开关器件的第二端与所述变压器的次级电感的第一端连接；以及所述第四功率开关器件的第一端与所述第二直流电源端的负极和所述变压器的次级电感的第二端连接，以及所述第四功率开关器件的第二端与所述第三功率开关器件的第一端连接。
根据本实用新型一实施例或以上任一实施例的直流-直流DCDC变换器，其中所述第一桥臂的中间点通过第一电感与所述第一直流电源端的正极连接，以及通过第二电感与所述变压器的初级电感的第一端连接。
根据本实用新型一实施例或以上任一实施例的直流-直流DCDC变换器，其中所述第二桥臂的中间点通过第三电感与所述第二直流电源端的正极连接，以及通过第四电感与所述变压器的次级电感的第一端连接。
根据本实用新型一实施例或以上任一实施例的直流-直流DCDC变换器，其中所述第一功率开关器件反向并联有第一二极管并且并联有第一电容，以及所述第二功率开关器件反向并联有第二二极管并且并联有第二电容。
根据本实用新型一实施例或以上任一实施例的直流-直流DCDC变换器，其中所述第三功率开关器件反向并联有第三二极管并且并联有第三电容，以及所述第四功率开关器件反向并联有第四二极管并且并联有第四电容，利用所述第三二极管和所述第四二极管将所述变压器输出的交流电压整流成直流电压以分别对连接于所述变压器的次级电感两端的电容充电。
根据本实用新型一实施例或以上任一实施例的直流-直流DCDC变换器，其中所述直流-直流DCDC变换器具有正向工作模式和反向工作模式，在所述正向工作模式中能量从所述第一直流电源端流向所述第二直流电源端，以及在所述反向工作模式中能量从所述第二直流电源端流向所述第一直流电源端。
按照本实用新型的第二方面，提供一种车辆，所述车辆包括根据以上任一所述的直流-直流DCDC变换器。
附图说明
下面将通过附图详细描述本实用新型中的优选实施例，将有助于理解本实用新型的目的和优点，其中：
图1为按照本实用新型的一个实施例的直流-直流DCDC变换器的结构示意图。
具体实施方式
容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及关于附图的描述仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。
在下面的描述中，为不同构造的实施例描述了各种参数和部件，这些具体的参数和部件仅作为示例而不对本实用新型的实施例施加限制。
在以下描述中提出具体细节，以便提供对本实用新型的透彻理解。然而，本领域的技术人员将清楚地知道，即使没有这些具体细节也可实施本实用新型的实施例。本实用新型所提出的具体细节只是示范性的，具体细节可以变化，但仍然落入本实用新型的精神和范围之内。
图1为按照本实用新型的一个实施例的直流-直流DCDC变换器的结构示意图。
在图1中，示出了按照本实用新型的一个实施例的直流-直流DCDC变换器10，其包括：第一直流电源端V1、变压器T、位于所述变压器T的原边侧（图1中所示的变压器T的左侧）的第一电路110、位于所述变压器T的副边侧（图1中所示的变压器T的右侧）的第二电路120以及第二直流电源端V2。
如图1中所示，所述第一电路110包括第一桥臂，所述第一桥臂包括以半桥结构布置的第一功率开关器件S1和第二功率开关器件S2；以及所述第二电路120包括第二桥臂，所述第二桥臂包括以半桥结构布置的第三功率开关器件S3和第四功率开关器件S4。其中，同一桥臂上的上下两个功率开关器件第一功率开关器件S1和第二功率开关器件S2以及第三功率开关器件S3和第四功率开关器件S4分别互相导通。
可选地，第一功率开关器件S1、第二功率开关器件S2、第三功率开关器件S3和第四功率开关器件S4构造成零电压导通，其中各个功率开关器件导通前其两端的电压为零，使得导通时不会产生噪声和损耗。通过使得在没有增加任何附加元件的前提下，所有的功率开关器件都能够零电压导通，克服了传统的移相全桥等电路中的桥臂范围受负载大小制约的限值，实现了较大范围的ZVS开关，并且解决了二极管的反向恢复问题，保证了二极管在电流为零的情况下自然关断。
本领域技术人员可以理解的是，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，也可以针对直流-直流DCDC变换器使用除了零电压导通之外的其他软开关技术，使得可以降低开关器件的损耗和电压、电流应力以及电磁噪声。
可选地，通过调整所述第二功率开关器件S2的导通时间（占空比）以在所述第一桥臂的中间点a处获得不同的电压，以及利用所述第一功率开关器件S1和所述第二功率开关器件S2的轮流导通在所述变压器T的原边侧获得正负交替的电压。
可选地，所述第一功率开关器件S1的第一端与所述第一直流电源端V1的正极和所述变压器T的初级电感的第一端连接，以及所述第一功率开关器件S1的第二端与所述变压器T的初级电感的第一端连接；以及所述第二功率开关器件S2的第一端与所述第一直流电源端V1的负极和所述变压器T的初级电感的第二端连接，所述第二功率开关器件S2的第二端与所述第一功率开关器件S1的第一端连接。
可选地，所述第三功率开关器件S3的第一端与所述第二直流电源端V2的正极和所述变压器T的次级电感的第一端连接，以及所述第三功率开关器件S3的第二端与所述变压器T的次级电感的第一端连接；以及所述第四功率开关器件S4的第一端与所述第二直流电源端V2的负极和所述变压器T的次级电感的第二端连接，以及所述第四功率开关器件S4的第二端与所述第三功率开关器件S3的第一端连接。
可选地，所述第一桥臂的中间点a通过第一电感L1与所述第一直流电源端V1的正极连接，以及通过第二电感Lσ1与所述变压器T的初级电感的第一端连接。
可选地，所述第二桥臂的中间点c通过第三电感L2与所述第二直流电源端V2的正极连接，以及通过第四电感Lσ2与所述变压器T的次级电感的第一端连接。
可选地，所述第一功率开关器件S1反向并联有第一二极管DS1并且并联有第一电容CS1，以及所述第二功率开关器件S2反向并联有第二二极管DS2并且并联有第二电容CS2。
可选地，所述第三功率开关器件S3反向并联有第三二极管DS3并且并联有第三电容CS3，以及所述第四功率开关器件S4反向并联有第四二极管DS4并且并联有第四电容CS4，利用所述第三二极管DS3和所述第四二极管DS4将所述变压器T输出的交流电压整流成直流电压以分别对连接于所述变压器的次级电感两端的电容C3和C4进行充电。
可选地，上述第一功率开关器件S1、第二功率开关器件S2、第三功率开关器件S3和第四功率开关器件S4的第一端为发射极，第二端为集电极。
本领域技术人员可以理解的是，上述第一功率开关器件S1、第二功率开关器件S2、第三功率开关器件S3和第四功率开关器件S4均可以为BJT晶体管，在不脱离本申请的精神和范围的情况下，也可以采用其他形式的功率开关器件。
作为示例，在实际操作中，所述直流-直流DCDC变换器10具有正向工作模式和反向工作模式。在所述正向工作模式中，能量从所述第一直流电源端V1流向所述第二直流电源端V2，此时由第一功率开关器件S1和第二功率开关器件S2组成超前桥臂，第三功率开关器件S3和第四功率开关器件S4组成滞后桥臂，即第一功率开关器件S1的触发脉冲超前于第三功率开关器件S3的触发脉冲一定的角度（移相角）。在所述反向工作模式中，能量从所述第二直流电源端V2流向所述第一直流电源端V1，此时由第三功率开关器件S3和第四功率开关器件S4组成超前桥臂，第一功率开关器件S1和第二功率开关器件S2组成滞后桥臂，即第一功率开关器件S1的触发脉冲落后于第三功率开关器件S3的触发脉冲一定的角度（移相角）。通过实现上述正向工作模式和反向工作模式两者，实现了能量的正向流动以及反向流动，从而提高了直流-直流DCDC变换器的便利性并且降低了其实际使用过程中的成本。
以下以正向工作模式为示例，说明直流-直流DCDC变换器10的能量流动过程。为了简化示例，先假定下列条件：1)所有的功率开关器件都是理想的；2) 电路工作在稳态；以及3)所有的储能元件都是无损的。
从变压器T的原边观察，电路类似于Boost电路，通过对第二功率开关器件S2的导通时间(占空比)进行调整，可以在所述第一桥臂的中间点a处（第一功率开关器件S1和第二功率开关器件S2的中间点）获得不同的电压。同时，利用第一功率开关器件S1和第二功率开关器件S2的轮流导通，在变压器T的原边侧得到正负交替的电压。而对于变压器T的副边侧，利用第三功率开关器件S3和第四功率开关器件S4的反向并联的第三二极管DS3和第四二极管DS4对变压器T的输出的交流电压进行整流，以将变压器T上的脉冲交流电压整流成直流，并对连接于所述变压器T的次级电感两端的电容C3和C4进行充电。在电容C3和C4足够大的情况下，电容C3和C4上的电压可以视为不变。此时，变压器T的副边侧的电路的原理与Buck电路类似。
本实用新型涉及的直流-直流DCDC变换器以及包括所述直流-直流DCDC变换器的车辆，其提出的结构对称的隔离型的双向直流-直流DCDC变换器拓扑，通过针对变换器的所有功率开关器件和二极管实现的软开关，降低了功率开关器件的损耗和电压、电流应力以及电磁噪声。
本实用新型的技术范围不仅仅局限于以上所说明的实施方式的内容，本领域技术人员可以在不偏离本实用新型的技术思想和精神的前提下，对上述实施方式进行各种变形和修改，而这些变形和修改均应当落入本实用新型的范围内。
Claims (9)
1.一种直流-直流DCDC变换器，其特征在于，包括：第一直流电源端、变压器、位于所述变压器的原边侧的第一电路、位于所述变压器的副边侧的第二电路以及第二直流电源端；
其中所述第一电路包括第一桥臂，所述第一桥臂包括以半桥结构布置的第一功率开关器件和第二功率开关器件；
其中所述第二电路包括第二桥臂，所述第二桥臂包括以半桥结构布置的第三功率开关器件和第四功率开关器件；以及
其中所述第一功率开关器件、所述第二功率开关器件、所述第三功率开关器件和所述第四功率开关器件构造成零电压导通，
其中，通过调整所述第二功率开关器件的导通时间以在所述第一桥臂的中间点处获得不同的电压，以及利用所述第一功率开关器件和所述第二功率开关器件的轮流导通在所述变压器的原边侧获得正负交替的电压。
2.根据权利要求1所述的直流-直流DCDC变换器，其中，所述第一功率开关器件的第一端与所述第一直流电源端的正极和所述变压器的初级电感的第一端连接，以及所述第一功率开关器件的第二端与所述变压器的初级电感的第一端连接；以及
所述第二功率开关器件的第一端与所述第一直流电源端的负极和所述变压器的初级电感的第二端连接，所述第二功率开关器件的第二端与所述第一功率开关器件的第一端连接。
3.根据权利要求1所述的直流-直流DCDC变换器，其中，所述第三功率开关器件的第一端与所述第二直流电源端的正极和所述变压器的次级电感的第一端连接，以及所述第三功率开关器件的第二端与所述变压器的次级电感的第一端连接；以及
所述第四功率开关器件的第一端与所述第二直流电源端的负极和所述变压器的次级电感的第二端连接，以及所述第四功率开关器件的第二端与所述第三功率开关器件的第一端连接。
4.根据权利要求2所述的直流-直流DCDC变换器，其中所述第一桥臂的中间点通过第一电感与所述第一直流电源端的正极连接，以及通过第二电感与所述变压器的初级电感的第一端连接。
5.根据权利要求3所述的直流-直流DCDC变换器，其中所述第二桥臂的中间点通过第三电感与所述第二直流电源端的正极连接，以及通过第四电感与所述变压器的次级电感的第一端连接。
6.根据权利要求1所述的直流-直流DCDC变换器，其中所述第一功率开关器件反向并联有第一二极管并且并联有第一电容，以及所述第二功率开关器件反向并联有第二二极管并且并联有第二电容。
7.根据权利要求1所述的直流-直流DCDC变换器，其中所述第三功率开关器件反向并联有第三二极管并且并联有第三电容，以及所述第四功率开关器件反向并联有第四二极管并且并联有第四电容，利用所述第三二极管和所述第四二极管将所述变压器输出的交流电压整流成直流电压以分别对连接于所述变压器的次级电感两端的电容充电。
8.根据权利要求1所述的直流-直流DCDC变换器，其中所述直流-直流DCDC变换器具有正向工作模式和反向工作模式，在所述正向工作模式中能量从所述第一直流电源端流向所述第二直流电源端，以及在所述反向工作模式中能量从所述第二直流电源端流向所述第一直流电源端。
9.一种车辆，其特征在于，所述车辆包括根据权利要求1-8中任一项所述的直流-直流DCDC变换器。
Priority Applications (1)
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| CN202120597765.3U CN215871196U (zh) | 2021-03-24 | 2021-03-24 | 直流-直流dcdc变换器及车辆 |
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| CN202120597765.3U Active CN215871196U (zh) | 2021-03-24 | 2021-03-24 | 直流-直流dcdc变换器及车辆 |
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