DE102020135085A1 - Bidirektionaler isolierter gleichspannungswandler mit grosser kapazität und steuerverfahren desselben - Google Patents

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Deok Kwan Choi
Kang Min Kim
Min Heo
A Ra Lee
Tae Ho Bang
Hyun Woo Shim
Du Ho Kim
Soo Min Jeon
Ji Hoon Park
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Abstract

Es wird ein neuer LDC bereitgestellt, um die jüngsten Anforderungen für einen bidirektionalen isolierten LDC mit großer Kapazität (Wechselspannungswandler) zu erfüllen. Die vorliegende Offenbarung stellt einen neuen bidirektionalen isolierten LDC bereit, bei dem zwei Wandler mit unterschiedlichen Schaltkreistypologien parallel arbeiten, um sowohl einen Buck-Modus als auch einen Boost-Modus zu ermöglichen. Die beiden eingesetzten Wandler sind ein phasenversetzter Vollbrückenwandler mit Vollbrücken-Synchrongleichrichtung und ein Klemmeintaktflusswandler. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, sowohl die Vorteile eines phasenversetzten Vollbrückenwandlers mit eingesetzter Vollbrücken-Synchrongleichrichtung als auch eines aktiven Klemmeintaktflusswandlers zu erzielen. Dadurch ist es möglich, die Welligkeit von Ausgangsspannung und -strom zu minieren, wodurch die Qualität der LDC-Ausgangsleistung verbessert und gleichzeitig die während des Betriebs des Produkts erzeugten elektromagnetischen Wellen minimiert werden.

Description

  • QUERVERWEIS AUF VERWANDTEN ANMELDUNG
  • Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Vorteil der Koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2020-0179562 , eingereicht am 21. Dezember 2020 beim Koreanischen Amt für Geistiges Eigentum, deren Offenbarung in ihrer Gesamtheit unter Bezugnahme in die vorliegende Anmeldung einbezogen ist.
  • HINTERGRUND
  • 1. Gebiet der Erfindung
  • Die vorliegende Offenbarung betrifft einen bidirektionalen elektrisch isolierten Gleichspannungswandler (LDC) mit großer Kapazität und ein Steuerverfahren desselben.
  • 2. Beschreibung des Stands der Technik
  • Ein Gleichspannungswandler, mit andere Worten ein Niederspannungs-Gleichspannungswandler (LDC), der eine Gleichstromversorgungsvorrichtung ist, die bei umweltfreundlichen Fahrzeugen (HEV, PHEV, EV, FCV, etc.) eingesetzt wird, indem ein Wechselstromgenerator eines Verbrennungsmotors ersetzt wird, ist eine wesentliche Vorrichtung, die Hochspannungsbatterieleistung (z.B. 180 V bis 450 V) von einem Fahrzeug empfängt, um eine Niederspannungsbatterie (z.B. 12 V) aufzuladen, oder die für elektronische Komponenten erforderliche Leistung zuführt. Der LDC wird zur Entlastung des Motors eingesetzt, um die Kraftstoffeffizienz zu erhöhen und die steigende elektrische Last zu bewältigen.
  • Die LDC-Komponenten bestehen im Wesentlichen aus einer Leistungsumwandlungskomponente auf einer Hochspannungsstufe, einer Leistungsumwandlungskomponente auf einer Niederspannungsstufe und einer magnetischen Komponente, die für die Leistungsübertragung und die elektrische Isolierung zwischen einer Hochspannung und einer Niederspannung verantwortlich ist
  • Der herkömmliche LDC hat die Einwegfunktion, Leistung von einer Hochspannungsbatterie (HVB) in einem Fahrzeug zu empfangen und Leistung auf einer Niederspannungseben (z.B. 12 V) durch einen internen Leistungsumwandlungsprozess auszugeben.
  • Die elektrischen Lasten von Fahrzeugen sind in letzter Zeit aufgrund der Nachfrage der Nutzer gestiegen (4kW-Klasse) und es besteht Bedarf an einem bidirektionalen LDC, der Leistungsübertragungen von einer Energiequelle einer Niederspannungsbatterie (z.B. 12 V) zu einer Hochspannungsstufe durchführen kann. Das heißt, es besteht Bedarf an einem bidirektionalen LDC, der nicht nur eine Leistungsübertragung von der Hochspannungsstufe zur Niederspannungsstufe durchführen kann (Buck), was die unidirektionale Funktion des herkömmlichen unidirektionalen LDCs ist, sondern auch eine Leistungsübertragung von der Niederspannungsstufe zur Hochspannungsstufe durchführen kann (Boost).
  • Wenn solch ein bidirektionaler LDC bei einem Fahrzeug eingesetzt wird, sind verschiedene Funktionen möglich, z.B. das Laden eines Hochspannungs-Zwischenkreiskondensators (daher kann ein Anfangsladestromkreis des bestehenden Hochspannungs-Zwischenkreiskondensators gelöscht werden), Laden der Hochspannungsbatterie im Notfall (wodurch ein vorübergehender Schutz vor Überentladung der Hochspannungsbatterie ermöglicht wird) und Selbstdiagnose der Niederspannungsbatterie (Erkennen von Überentladung, Verschleiß etc.), und daher gibt es verschiedene Vorteile im Vergleich zu dem Fall, dass nur der bestehende unidirektionale LDC verwendet wird.
  • ÜBERBLICK
  • Wie vorstehend beschrieben, muss die Leistungskapazität aufgrund der gestiegenen elektrischen Last von Fahrzeugen als Reaktion auf die jüngste Nachfrage von Benutzern erweitert werden und ein LDC (Boost-Typ) mit einer Boost-Funktion zur Übertragung von Niederspannungsleistung (z.B. einer 12-V-Batterie) zu einer Hochspannungsstufe ist zusätzlich zu dem bestehenden unidirektionalen isolierten LDC (Buck-Typ) erforderlich. Die vorliegende Offenbarung stellt einen neuen LDC bereit, um die Anforderungen solch eines bidirektionalen isolierten LDCs mit großer Kapazität zu erfüllen.
  • Zur Lösung der vorstehenden Probleme stellt die vorliegende Offenbarung einen neuen bidirektionalen isolierten LDC bereit, bei dem zwei Wandler mit verschiedenen Schaltungstypologien parallel arbeiten, um sowohl einen Buck-Modus-Betrieb (4kW oder mehr) als auch einen Boost-Modus-Betrieb (1,2 kW oder mehr) zu ermöglichen. Die beiden Wandler sind zum einen ein phasenversetzter Vollbrückenwandler mit Vollbrücken-Synchrongleichrichtung und zum anderen ein aktiver Klemmeintaktflusswandler.
  • Der eingesetzte phasenversetzte Vollbrückenwandler mit Vollbrücken-Synchrongleichrichtung kann die Spannungswertangaben von Leistungshalbleitervorrichtungen, die in Hoch- und Niederspannungsstufen verwendet werden, im Vergleich zu anderen Typologien (mit geringen Kosten) um die Hälfte reduzieren. Da sich die Ausgangsspannungsfrequenz (oder Ausgangsstromfrequenz) in Bezug auf die Schaltfrequenz verdoppelt, können die Größe und Kapazität von passiven Elementen (Induktivität, Kondensatoren etc.) der Ausgangsstufe effektiv reduziert werden, während ein Halbleiterleistungsverlust minimiert wird. Außerdem ist es möglich, einen bidirektionalen Wandler zu implementieren, der Leistung an die Hochspannungsseite übertragen kann, indem er Niederspannungsleistung unter Verwendung einer auf der Niederspannungsstufe angewandten Induktivität in einer Topologiestruktur empfängt. Da jedoch eine größere Anzahl von Leistungshalbleitern als bei anderen Topologien erforderlich ist und der maximale Schalttastgrad der Leistungshalbleiter auf 50 % oder weniger begrenzt ist, ist es bei einem großen Schwankungsbereich der Eingangsspannung (Hochspannung) des Wandlers schwierig, die maximale Ausgabe im gesamten Schwankungsbereich der Eingangsspannung zu erreichen.
  • Darüber hinaus kann der aktive Klemmeintaktflusswandler die Anzahl von Leistungshalbleitern, die im Vergleich zu anderen Topologien verwendet werden, minimieren (und so niedrige Kosten erzielen) und da der maximale Schalttastgrad der Leistungshalbleitervorrichtung auf 50 % oder mehr (bis zu 75 % oder mehr) festgelegt werden kann, selbst wenn es zu großen Schwankungen bei der Eingangsspannung (Hochspannung) des Wandlers kommt, ist die maximale Ausgabe über den gesamten Bereich der Eingangsspannungsschwankungen möglich. Wenn jedoch die Leistungskapazität des Wandlers erhöht ist, ist es schwierig, eine große Kapazität zu verkörpern, und der Halbleiterleistungsverlust ist im Vergleich zu anderen Typologien relativ groß, so dass einen Nachteil in Bezug auf die Effizienz gibt.
  • Der in der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagene LDC ist ein LDC mit einer neuen Struktur, bei der eine parallele Betriebsstruktur von zwei Wandler eingesetzt wird, um sich die Vorteile beider vorstehend beschriebenen Wandler zu Nutze zu machen. Darüber hinaus ist es möglich, die vom Wandler ausgegebene Spannungs- und Stromwelligkeit durch angemessenes Steuern einer Differenz in der Schaltzeit der Leistungshalbleiterelemente beim Betrieb der beiden Wandler zu minimieren, wodurch die Qualität der LDC-Ausgangsleistung verbessert und gleichzeitig die während des Betriebs des Produkts erzeugten elektromagnetischen Wellen minimiert werden.
  • Die Ausgestaltung und Funktionsweise der vorliegenden Offenbarung wird durch spezifische Ausführungsformen deutlicher, die im Folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben werden.
  • Figurenliste
  • Die vorstehenden und andere Aspekte, Merkmale und Vorteile bestimmter Ausführungsformen werden durch die nachfolgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung deutlicher.
    • 1 zeigt einen Schaltplan eines isolierten Gleichspannungswandlers (LDC) mit großer Kapazität, der eine bidirektionale Leistungsübertragung durchführen kann, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
    • 2 zeigt einen Blockschaltplan zur Erläuterung eines Buck-Modus-Betriebs;
    • 3 zeigt ein Zeitdiagramm des Betriebs jeder Einheit bei Steuerung einer Leistungshalbleitervorrichtung eines bidirektionalen Wandlers (100) in einem Buck-Modus-Betrieb;
    • 4 zeigt ein Zeitdiagramm des Betriebs jeder Einheit bei Steuerung einer Leistungshalbleitervorrichtung eines unidirektionalen Wandlers (200) in einem Buck-Modus-Betrieb;
    • 5 zeigt ein Zeitdiagramm des Betriebs jeder Einheit bei Steuerung von Ausgängen des bidirektionalen Wandlers (100) und des unidirektionalen Wandlers (200) in einem Buck-Modus-Betrieb;
    • 6 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Prozesses zum Einstellen einer Schaltperiode, Tph, und eines maximalen PWM-Tastgrads jedes Leistungshalbleiters des bidirektionalen Wandlers (100) und des unidirektionalen Wandlers (200) vor einem Regelkreisbetrieb in einem Buck-Modus-Betrieb;
    • 7 zeigt einen Schaltplan zur Erläuterung eines Boost-Modus-Betriebs; und
    • 8 zeigt ein Zeitdiagramm des Betriebs jeder Einheit bei Steuerung einer Leistungshalbleitervorrichtung des bidirektionalen Wandlers (100) in einem Boost-Modus-Betrieb.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Vorteile und Merkmale der vorliegenden Ausführungsform und Verfahren zu deren Umsetzung werden aus den nachfolgenden Ausführungsformen in Verbindung mit der beigefügten Zeichnung klar ersichtlich. Die vorliegende Offenbarung ist jedoch nicht auf die Ausführungsformen beschränkt und kann in verschiedenen anderen Formen realisiert werden. Die Ausführungsformen dienen lediglich dazu, die vorliegende Offenbarung vollständiger darzustellen und Fachleuten auf dem Gebiet ein umfassendes Verständnis über den Umfang der vorliegenden Offenbarung zu ermöglichen, und der Umfang der vorliegenden Offenbarung wird nur durch die beigefügten Ansprüche definiert. Darüber hinaus dienen die vorliegend verwendeten Begriffe der Beschreibung von Ausführungsformen und sollen die vorliegende Offenbarung nicht einschränken. Bei der vorliegenden Spezifikationen umfasst eine Singularform auch die Pluralform, sofern der Kontext nicht deutlich anderes angibt. Es sollte ferner verstanden werden, dass die in dieser Spezifikation verwendeten Begriffe „aufweisen“ oder „aufweisend“ das Vorhandensein angegebener Einrichtungen, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten angeben, ohne das Vorhandensein oder das Hinzufügen einer oder mehrerer anderer Einrichtungen, ganzer Zahlen, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon auszuschließen.
  • Im Folgenden werden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ausführlich unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben. Wenn eine detaillierte Beschreibung eine verwandten bekannten Ausgestaltung oder Funktion den Gegenstand der vorliegenden Offenbarung verschleiert, wird bei der Beschreibung der Ausführungsformen auf eine detaillierte Beschreibung davon verzichtet.
  • 1 zeigt einen Schaltplan eines isolierten Gleichspannungswandlers mit großer Kapazität, der eine bidirektionale Leistungsübertragung durchführen kann, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
  • 1. Zuerst werden repräsentative Komponenten jeder Einheit beschrieben.
    • • HVB: in einem Fahrzeug installierte Hochspannungsbatterie
    • • C_DCLINK: Zwischenkreiskondensator, der an eine Hochspannungsausgangsstufe eines LDCs angeschlossen ist
    • • HV_R: externer Lastemulationswiderstand, der an eine Hochspannungsausgangsstufe in einem Boost-Modus-Betrieb angeschlossen ist
    • • LVB: in einem Fahrzeug installierte Niederspannungsbatterie (z.B. 12 V)
    • • LV_R: externer Lastemulationswiderstand, der beim Betrieb in einem Buck-Modus-Betrieb an eine Niederspannungsausgangsstufe angeschlossen ist
    • • 100: bidirektionaler isolierter Wandler (Buck-/Boost-Wandler)
      • - Buck-Modus-Betrieb: HV (phasenversetzte Vollbrücke: Q1 bis Q4) → LV (Vollbrücken-Synchrongleichrichter: Q5 bis Q8)
      • - Boost-Modus-Betrieb: LV (mit Strom gespeiste aktive Klemmvollbrücke: Q5 bis Q8, Q13)
      → 7 HV (Vollbrückengleichrichter: Q1 bis Q4)
    • • 200: unidirektionaler isolierter Wandler (Buck-Wandler)
      • - Buck-Modus-Betrieb: HV (aktiver Klemmeintaktflusswandler) → LV (Synchrongleichrichter)
  • 2. Komponenten des bidirektionalen isolierten Wandlers 100 lauten wie folgt.
    • • Q1 bis Q4: Hochspannungs-(HV-)Leistungshalbleiter; wandelt Hochspannungs-Gleichstrom in Hochspannungs-Wechselstrom; richtet den Hochspannungs-Wechselstrom zu Hochspannungs-Gleichstrom im Boost-Modus gleich
    • • TR1: Transformator; wandelt Strom zwischen Hochspannungs-Wechselstrom und Niederspannungs-Wechselstrom und isoliert Hochspannungs- und Niederspannungsstufen elektrisch
    • • Q5 bis Q8: Niederspannungs-(LV-)Leistungshalbleiter; richtet Niederspannungs-Wechselstrom zu Niederspannungs-Gleichstrom gleich; wandelt Niederspannungs-Gleichstrom zu Niederspannungs-Wechselstrom im Boost-Modus
    • • Q13: arbeitet als Niederspannungs-(LV-)Leistungshalbleiter-Schalter zur Reduktion der Spannungsbeanspruchung für Q5 bis Q8
    • • L1: Induktivität; glättet die Ausgangsspannung in einem Buck-Modus, speichert und überträgt Boost-Leistungsenergie im Boost-Modus
    • • Ci: Hochspannungs-(HV-)Kondensator (glättet Eingangsspannung)
    • • Co: Niederspannungs-(LV-)Kondensator (glättet Ausgangsspannung)
    • • Cc1: Klemmkondensator; reduziert die Belastung der Drain-Source-Spannung der Leistungshalbleiter Q5 bis Q8 in einem Boost-Modus-Betrieb
    • • VSEN1: Spannungssensor der Hochspannungsstufe
    • • ISEN1: Stromsensor der Hochspannungsstufe
    • • VSEN2: Spannungssensor der Niederspannungsstufe
    • • ISEN3: Stromsensor der Niederspannungsstufe
  • 3. Komponenten des unidirektionalen isolierten Wandlers 200 lauten wie folgt.
    • • Q9, Q10: Hochspannungs-(HV-)Leistungshalbleiter; wandelt Hochspannungs-Gleichstrom in Hochspannungs-Wechselstrom
    • • TR2: Transformator; wandelt Leistung von Hochspannungs-Wechselstrom in Niederspannungs-Wechselstrom und isoliert Hochspannungs- und Niederspannungsstufe elektrisch
    • • Q11, Q12: Niederspannungs-(LV-)Leistungshalbleiter (als Synchrongleichrichter betrieben)
    • • L2: Induktivität; glättet Ausgangsspannung
    • • Cc2: Klemmkondensator; reduziert die Belastung der Drain-Source-Spannung des Leistungshalbleiters Q1, Q2
    • • ISEN2: Stromsensor der Hochspannungsstufe
    • • ISEN4: Stromsensor der Niederspannungsstufe
  • Bezugnehmend auf 2 wird ein Buck-Modus-Betrieb beschrieben. Der Buck-Modus-Betrieb kann ein Betrieb sein, bei dem Leistung von einer Hochspannungsstufe aufgenommen und durch einen Leistungsumwandlungsprozess einer LDC-Innenschaltung auf eine Niederspannung (z.B. 12 V) tiefgesetzt wird. Das heißt, wie in 2 gezeigt, dass im Buck-Modus-Betrieb die LDC-Leistung von einer Hochspannungsbatterie (HVB) eingespeist werden kann. Wenn die Hochspannung von der HVB an den LDC angelegt wird, können die beiden Wandler, d.h. der bidirektionale Wandler 100 und der unidirektionale Wandler 200, gleichzeitig den Parallelbetrieb aufnehmen, und die Summe der Ausgangsleistung der beiden Wandler kann einer Niederspannungsbatterie (LVB) und einer elektrischen Last (LV_R) des Fahrzeugs zugeführt werden.
  • Die vom LDC ausgegebene Spannung (oder der Strom) sollte eine möglichst geringe Spannungswelligkeit (oder Stromwelligkeit) aufweisen, um die Leistungsqualität und die elektromagnetischen Welleneigenschaften (EMI, EMC, etc.) zu verbessern. Die Welligkeit der Ausgangsspannung (oder des Ausgangsstroms) des LDCs kann durch geeignete Einstellung einer Leistungshalbleiter-Schaltstartzeit jedes Wandlers minimiert werden, wenn der bidirektionale Wandler 100 und der unidirektionale Wandler parallel betrieben werden.
  • Darüber hinaus kann die Ausgangsleistung des bidirektionalen Wandlers 100 und des unidirektionalen Wandlers 200 durch die Steuerung des maximalen Tastgrads einer Schaltspannung (PWM) gesteuert werden, die zur Steuerung des Leistungshalbleiterelements jedes Wandlers durch die Steuervorrichtung verwendet wird. Durch die Begrenzung der maximalen Ausgangsleistung jedes Wandlers entsprechend der Ausgangsleistung (Steuerung des maximalen Tastgrads) ist es möglich, einen Halbleiterleistungsverlust der LDC-Innenschaltung zu minimieren (d.h. die LDC-Effizienz zu maximieren).
  • Die Spannungs- und Stromsensierpositionen der Eingangs- und Ausgangsstufen zur Steuerung der beiden Wandler sind in 2 dargestellt. Das heißt, dass eine Hochspannung an einer Eingangsstufe des LDCs durch den Spannungssensor VSEN1 sensiert werden kann und ein Strom, der in einem Hochspannungskreis fließt, durch den Stromsensor ISEN1 sensiert und für die Eingangsstromregelung verwendet werden kann. Darüber hinaus kann eine Ausgangsspannung von der Niederspannungsstufe des LDCs durch den Spannungssensor VSEN2 sensiert werden und ein in einem Niederspannungskreis fließender Ausgangsstrom kann durch die Stromsensoren ISEN3 und ISEN 4 sensiert und zur Steuerung eines Ausgangsstroms jedes Wandlers verwendet werden.
  • 3 zeigt ein Verfahrung zur Steuerung einer Leistungshalbleitervorrichtung des bidirektionalen Wandlers 100 in einem Buck-Modus-Betrieb und ein Zeitdiagramm des Betriebs jeder Komponente.
  • Die Leistungshalbleiter Q1 bis Q4 führen einen phasenversetzte Vollbrückenschaltvorgang durch und die Schaltperiode ist Tsw, was ein voreingestellter Wert in der Steuervorrichtung ist. Die Leistungshalbleiter Q5 bis Q8 können so eingestellt sein, dass sie zur Maximierung der Effizienz (und damit zur Verlustminimierung) unter Berücksichtigung des Schaltzeitpunkts von Q1 bis Q4 eine Synchrongleichrichtungsschaltung durchführen.
  • Wie in 3 gezeigt, wie bei einem LDC-Ausgangsendstrom, kann eine Betriebsfrequenz des Ausgangsstroms das Doppelte einer Leistungshalbleiter-Schaltfrequenz durch phasenversetzte Vollbrückenschaltung sein. (Daher ist die Betriebsperiode Tsw/2.) Eine Eingangsspannung/ein Eingangsstrom eines Transformators TR1 kann durch das Schaltmuster einer Halbleitervorrichtung bestimmt werden, das in 3 dargestellt ist. Q5 und Q8 können ein Schaltsignal in einem Synchrongleichrichtungsmuster anlegen, um die Ausgangsleistung mit einem minimalen Verlust an die Ausgangsstufe zu übertragen, wenn Q1 und Q4 einen Schaltvorgang durchführen. Ebenso können Q6 und Q7 ein Schaltsignal in einem Synchrongleichrichtungsmuster anlegen, um die Ausgangsleistung mit einem minimalen Verlust an die Ausgangsstufe zu übertragen, wenn Q2 und Q3 einen Schaltvorgang durchführen.
  • 4 zeigt ein Verfahren zur Steuerung einer Leistungshalbleitervorrichtung des unidirektionalen Wandlers 200 in einem Buck-Modus-Betrieb und ein Zeitdiagramm des Betriebs jeder Komponente.
  • Die Leistungshalbleitervorrichtungen Q9 und Q10 können eine aktive Klemmeintaktflusswandler-Schaltung durchführen. In diesem Fall kann eine Schaltperiode Tsw/2 sein, was ein zuvor in der Steuervorrichtung eingestellter Wert ist. Der Grund für die Auswahl von Tsw/2 als Schaltfrequenz ist die Verringerung der Welligkeit aufgrund eines Ausgangsspannungs- (oder Ausgangsstrom-) Syntheseeffekts, indem sie auf den gleichen Wert wie die Ausgangsspannungs-/Ausgangsstromfrequenz während des Buck-Modus-Betriebs des bidirektionalen Wandlers 100 eingestellt wird. Die Leistungshalbleitervorrichtungen Q11 und Q12 auf der Sekundärseite des Transformators TR2 können so eingestellt werden, dass sie zur Maximierung der Effizienz (Verlustminimierung) unter Berücksichtigung des Schaltzeitpunkts von Q9 und Q10 eine Synchrongleichrichtungsschaltung durchführen.
  • Wie in 4 gezeigt, kann eine Betriebsfrequenz des LDC-Ausgangsstroms gleich einer Schaltfrequenz der Leistungshalbleitervorrichtungen sein (die Betriebsperiode ist Tsw/2) Eine Eingangsspannung/ein Eingangsstrom des Transformators TR2 kann durch das Schaltmuster der Leistungshalbleitervorrichtung bestimmt werden, das in 4 gezeigt ist. Q11 und Q12 können ein Schaltsignal in einem Synchrongleichrichtungsmuster einsetzen, um Ausgangsleistung mit einem minimalen Verlust an die Ausgangsstufe zu übertragen, wenn Q9 und Q10 einen Schaltvorgang durchführen.
  • 5 zeigt ein Zeitdiagramm des Betriebs jeder Komponente bei Steuerung von Ausgängen des bidirektionalen Wandlers 100 und des unidirektionalen Wandlers 200 in einem Buck-Modus-Betrieb.
  • Wie in 5 gezeigt, kann eine Schaltperiode einer Leistungshalbleitervorrichtung des bidirektionalen Wandlers 100 Tsw sein und eine Schaltperiode der Leistungshalbleitervorrichtung des unidirektionalen Wandlers 200 kann Tsw/2. Eine Frequenz, d.h. eine Periode, einer Ausgangsspannung (oder eines Ausgangsstroms), die durch den Betrieb des bidirektionalen Wandlers 100 und des unidirektionalen Wandlers 200 erzeugt wird, kann gleich Tsw/2 sein.
  • Tph ist in 5 gezeigt und stelle eine Differenz der Schaltstartzeit zwischen dem bidirektionalen Wandler 100 und dem unidirektionalen Wandler 200 dar. Das heißt, dass Tph eine Differenz zwischen einer Zeit ist, zu der die Q4-Schaltung des bidirektionalen Wandlers 100 startet, und einer Zeit, zu der die Q10-Schaltung des unidirektionalen Wandlers 200 startet. Wenn das Schaltsignal in einem Zeitintervall von Tph eingesetzt wird, können ein minimaler Ausgangsstrompunkt des bidirektionalen Wandlers 100 und ein maximaler Ausgangsstrompunkt des unidirektionalen Wandlers 200 wie der Punkt (A) in 5 zusammenfallen und als Ergebnis können synthetisierte Ausgangsspannungs- (oder Ausgangstrom-) Welligkeiten des bidirektionalen Wandlers 100 und des unidirektionalen Wandlers 200 minimiert und ausgegeben werden. Um einen optimalen Wert für Tph zu finden, können frühere experimentelle Daten entsprechend der LDC-Eingangsspannung und -Ausgangsleistung überprüft und anschließend für die eigentliche Steuerung verwendet werden.
  • Im Buck-Modus-Betrieb kann die LDC-Ausgangsleistung durch die Summe der Ausgangsleistungen des bidirektionalen Wandlers 100 und des unidirektionalen Wandlers 200 bestimmt werden und die Ausgangsleistung jedes Wandlers kann durch Begrenzung eines maximalen Schalttastgrads gesteuert werden. Die Ausgangsleistung jedes Wandlers kann so verteilt werden, dass der Leistungsverlust der Halbleitervorrichtung nach Überprüfung der vorherigen experimentellen Daten minimiert werden kann, und die verteilte Ausgangsleistung wird für die eigentliche Steuerung verwendet.
  • 6 zeigt einen Prozess zum Einstellen einer Schaltperiode des bidirektionalen Wandlers 100 und des unidirektionalen Wandlers 200 vor einem Regelkreisbetrieb während eines bisher beschriebenen Buck-Modus-Betriebs und zeigt zudem einen Prozess zum Einstellen von Tph entsprechend der Ausgangsleistung und zum Einstellen eines maximalen PWM-Tastgrads der Leistungshalbleitervorrichtung.
  • Wenn der Buck-Modus-Betrieb in Schritt 10 startet, kann ein Buck-Modus-Spannungsausgangsbefehl in Schritt 20 angewendet werden.
  • Eine Schaltperiode der Leistungshalbleitervorrichtung des Wandlers kann in Schritt 30 eingestellt werden. Die Schaltperiode kann unter Verwendung vorheriger experimenteller Daten eingestellt werden und kann für den bidirektionalen Wandler 100 auf Tsw und für den unidirektionalen Wandler 200 aus Tsw/2 eingestellt werden.
  • Als nächstes kann die Ausgangsleistung der Wandler im Buck-Modus in Schritt 40 überwacht werden. Dies kann berechnet werden, indem ein Wert einer Ausgangsspannung oder eines Ausgangsstroms sensiert wird.
  • Basierend auf dem Ausgangsleistungs-Überwachungswert können Tph (d.h. die Differenz der Schaltstartzeit zwischen den Wandlern) und der maximale PWM-Tastgrad einer Leistungshalbleitervorrichtung jedes Wandlers in Schritt 50 eingestellt werden. Diese können basierend auf den vorherigen experimentellen Daten eingestellt werden, wie bereits oben erwähnt.
  • Wenn solch ein Einstellungsprozess abgeschlossen ist, kann in Schritt 60 ein Buck-Modus-Regelkreis (Regelung der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms) arbeiten.
  • 7 zeigt einen Schaltplan eines Boost-Modus-Betriebs.
  • Wie in 7 gezeigt, kann der Boost-Modus ein Betriebsmodus sein, bei dem Leistung von einer Niederspannungsbatterie (LVB) empfangen und durch einen Leistungsumwandlungsprozess einer LDC-Innenschaltung an eine Hochspannungsstufe übertragen wird. Der Boost-Modus-Betrieb kann drei Vorgänge enthalten: ① Anfangsladung eines Zwischenkreiskondensators, ② Ladung einer Hochspannungsbatterie und ③ Zuführung von Leistung an eine Hochspannungslast entsprechend einem Typ einer Ausgangslast.
  • Was ① die Anfangsladung des Zwischenkreiskondensators betrifft, so kann eine Spannung eines Kondensators mit großer Kapazität, der parallel zu einer Hochspannungsausgangsstufe geschaltet ist, von einer Anfangsspannung von 0 V auf eine Zielhochspannung aufgeladen werden. Was ② den Ladevorgang der Hochspannungsbetrieb betrifft, kann ein Benutzer bei Überentladung der HVB die HVB vorübergehend auf die Zielspannung aufladen, um der Hochspannungslast des Fahrzeugs eine Hochspannung zuzuführen. Was ③ betrifft, kann das Zuführen von Leistung an die Hochspannungslast durchgeführt werden, wenn die Notwendigkeit besteht, dass einer Hochspannungsstufenlast Leistung eher unter Verwendung der Leistung der LVB anstatt unter Verwendung der Leistung der HVB zugeführt wird.
  • Im Boost-Modus-Betrieb, wie in 7 gezeigt, kann der unidirektionale Wandler 200 die Leistungshalbleiterschalter Q11 und Q12 ausschalten, um den unidirektionalen Wandler 200 zu deaktivieren, und kann den Betrieb von nur dem bidirektionalen Wandler 200 aktivieren. Im Boost-Modus kann der Betrieb des bidirektionalen Wandlers 100 im nachfolgenden Prozess ausgeführt werden.
  • Wenn die Leistungshalbleiter Q5 bis Q8 gleichzeitig eingeschaltet werden, während die LVB angeschlossen ist, fließ ein Strom zunächst von einer LVB-Energiequelle zur Induktivität L1 und dementsprechend wird Leistungsenergie gespeichert. In diesem Fall tritt keine elektrische Potentialdifferenz an einer Niederspannungs-Eingangsseite des Transformators TR1 auf und daher wird keine Leistungsenergie an die Hochspannungsstufe übertragen. Wenn Q5 und Q8=ON und Q7=OFF und Q5 und Q8=OFF, Q6 und Q7=ON nach Speichern der Energie in der Induktivität L1 implementiert werden, wird ein Strom in die Niederspannungsseite des Transformators TR1 aufgrund der elektrischen Potentialdifferenz injiziert, wodurch verursacht wird, dass eine Wechselstrom-Leistungsenergie durch den Transformator TR1 an die Hochspannungsseite übertragen wird. Die an die Hochspannungsseite übertragen Wechselstromleistung kann die Leistungshalbleiterschaltungen Q1 bis Q4 als Gleichrichter betreiben, so dass die gleichgerichtete Gleichstrom-Leistungsenergie zur Ausführung eines Boost-Betriebs an die Hochspannungsstufe ausgegeben wird.
  • Die Spannungs-/Stromsensierung für die LDC-Steuerung im Boost-Modus kann wie in 3 gezeigt erfolgen. Der Niederspannungseingang zum LDC kann durch den Spannungssensor VSEN2 sensiert werden und der im Niederspannungskreis fließende Strom kann durch den Stromsensor ISEN3 sensiert und für die Eingangsstromregelung verwendet werden. Zudem kann die Ausgangsspannung der Hochspannungsstufe durch den Spannungssensor VSEN1 sensiert werden und der im Hochspannungskreis fließende Ausgangsstrom kann durch den Stromsensor ISEN 1 sensiert und zur Ausgangsstromregelung verwendet werden.
  • 8 zeigt ein Verfahren zur Steuerung einer Leistungshalbleitervorrichtung des bidirektionalen Wandlers 100 in einem Boost-Modus-Betrieb und ein Zeitdiagramm des Betriebs jeder Komponente.
  • Wie in 8 gezeigt, kann der Boost-Modus-Betrieb in zwei Betriebsabschnitte geteilt werden, einen Tc-Abschnitt und einen Tp-Abschnitt. Der Tc-Abschnitt kann ein Abschnitt sein, bei dem alle Leistungshalbleitervorrichtungen Q5 bis Q8 eingeschaltet sind, und kann ein Abschnitt sein, in dem 12-V-Batterieenergie durch die Induktivität L1 gespeichert wird. Der Tp-Abschnitt kann ein Leistungsausgangsabschnitt sein, in dem in der Induktivität L1 gespeicherte Energie an die Hochspannungsseite übertragen wird, und kann ein Abschnitt sein, in dem Q5=Q8=ON, Q6=Q7=OFF, Q5=Q8=OFF und Q6=Q7=ON während eines Tsw-Schaltabschnitts implementiert sind. Im Tp-Abschnitt können die Schaltvorrichtung Q13 und der Klemmkondensator Cc1 zur Reduktion eines Anstiegs der Drain-Source-Spannung von Q5 bis Q8 verwendet werden, der während des Schaltens erzeugt wird. Wenn die Vorrichtung Q13 eingeschaltet ist, kann beim Umschalten auf eine Drain-Source-Spannung von Q5 bis Q8 eine durch einen Klemmkondensator geklemmte Spannung erzeugt werden.
  • Durch Anwendung des Schalters Q13 und des Kondensators Cc1 kann die Spannungsangabe der Leistungshalbleiter Q5 bis Q8 im Vergleich zu dem Fall, in dem die Leistungshalbleiter Q5 bis Q8 nicht angewendet werden, um etwa 1/2 reduziert werden, so dass es in Bezug auf die Materialkosten vorteilhaft ist, den Schalter Q13 und den Kondensator Cc1 anzuwenden. Der Wechselstromausgang zu der Transformatorausgangsseite (der Hochspannungsseite) im Tp-Abschnitt kann durch Gleichrichtung der Leistungshalbleitervorrichtungen Q1 bis Q4 einen LDC-Boost-Ausgangsstrom an die Hochspannungsstufe ausgeben, wie in 8 gezeigt. Der Boost-Ausgansstrom kann durch die Gleichrichtung von Q1 bis Q4 doppelt so hoch werden wie die Schaltfrequenz der Leistungshalbleiter Q5 bis Q8, was zur Reduzierung der Welligkeit der Boost-Ausgangsspannung (oder des Ausgangsstroms) beiträgt. In diesem Fall können zur Gleichrichtung von Q1 bis Q4 sämtliche Leistungshalbleiter Q1 bis Q4 ausgeschaltet und als Diodengleichrichter betrieben werden. Zur Verbesserung der Effizienz können ferner ein Synchrongleichrichtungs-Schaltbetrieb der Leistungshalbleitervorrichtungen anwendbar sein.
  • Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, die Vorteile eines phasenversetzten Vollbrückenwandlers mit eingesetzter Vollbrücken-Synchrongleichrichtung und eines aktiven Klemmeintaktflusswandlers zu erreichen. Somit ist es möglich, die vom Wandler ausgegebene Spannungs- und Stromwelligkeit durch angemessenes Steuern einer Differenz in der Schaltzeit der Leistungshalbleiterelemente beim Betrieb der beiden Wandler zu minimieren, wodurch die Qualität der LDC-Ausgangsleistung verbessert und gleichzeitig die während des Betriebs des Produkts erzeugten elektromagnetischen Wellen minimiert werden. Als Reaktion auf den Trend der zunehmenden Vorschriften für elektromagnetische Wellen, die für LDC erforderlich sind, welche die Welligkeit der Ausgangsspannung und des Ausgangsstroms des Wandlers minimieren, ist es möglich, eine gute Lösung zur Erfüllung der Standards für elektromagnetische Wellen zu bieten (der Effekt der Entfernung eines EMV-Filters).
  • Darüber hinaus erfordert ein Fahrzeug-LDC einen hocheffizienten Betrieb zur Verbesserung der Kraftstoffeffizienz. Wenn der in der vorliegenden Offenbarung vorgeschlagene LDC eingesetzt wird, wird die maximale Ausgabe jedes der beiden Wandler entsprechend der LDC-Ausgangsleistung angemessen begrenzt (auf den maximalen Tastgrad begrenzt), und dementsprechend ist es möglich, den Effekt zu haben, am optimalen Effizienzpunkt arbeiten zu können, indem ein Vorrichtungsleistungsverlust während des LDC-Betriebs minimiert wird.
  • Obwohl Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung vorstehend ausführlich beschrieben wurden, ist zu berücksichtigen, dass viele Variationen und Modifikationen des vorliegend beschriebenen erfinderischen Grundkonzepts, die für Fachleute ersichtlich sein können, immer noch Teil der Idee und des Umfangs der Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind, wie in den beigefügten Ansprüche definiert. Dementsprechend dienen die oben beschriebenen Ausführungsformen im Wesentlichen nur der Veranschaulichung und stellen in keiner Weise eine Einschränkung dar. Ferner ist der Umfang der vorliegenden Offenbarung eher durch die beigefügten Ansprüche und ihre rechtlichen Entsprechungen als durch die detaillierte Beschreibung zu bestimmen und verschiedene Änderungen und Modifikationen innerhalb der Definition und des Umfangs der Ansprüche sind in den Ansprüchen enthalten.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • KR 1020200179562 [0001]

Claims (14)

  1. Bidirektionaler isolierter Gleichspannungswandler mit großer Kapazität, der aufweist: eine Hochspannungsstufe mit einer Hochspannungsbatterie; eine Niederspannungsstufe mit einer Niederspannungsbatterie; einen bidirektionalen Wandler, der dazu ausgebildet ist, in einem Buck-Modus eine Spannung der Hochspannungsstufe tiefzusetzen und die tiefgesetzte Spannung an die Niederspannungsstufe zu übertragen und in einem Boost-Modus eine Spannung der Niederspannungsstufe hochzusetzen und die hochgesetzte Spannung an die Hochspannungsstufe zu übertragen; und einem unidirektionalen Wandler, der mit dem bidirektionalen Wandler parallel geschaltet ist und dazu ausgebildet ist, im Buck-Modus eine Spannung der Hochspannungsstufe tiefzusetzen und die tiefgesetzte Spannung an die Niederspannungsstufe zu übertragen und im Boost-Modus deaktiviert zu sein, wobei der bidirektionale Wandler als eine phasenversetzter Vollbrückenwandler-Schaltung ausgebildet ist und der unidirektionale Wandler als eine aktive Klemmeintaktflusswandler-Schaltung ausgebildet ist.
  2. Wandler nach Anspruch 1, wobei der bidirektionale Wandler aufweist: im Buck-Modus mindestens einen ersten Leistungshalbleiter, der dazu ausgebildet ist, eine phasenversetzte Vollbrückenschaltung relativ zu einer Spannung der Hochspannungsstufe auszuführen; einen Transformator, der dazu ausgebildet ist, eine Spannung tiefzusetzen, die von dem mindestens einen ersten Leistungshalbleiter geschaltet wird, die tiefgesetzte Spannung an die Niederspannungsstufe zu übertragen und die Hochspannungsstufe von der Niederspannungsstufe elektrisch zu isolieren; und mindestens einen zweite Leistungshalbleiter, der dazu ausgebildet ist, eine Synchrongleichrichterschaltung relativ zu einer vom Transformator ausgegebenen Spannung auszuführen und ein Ergebnis der Niederspannungsstufe bereitzustellen.
  3. Wandler nach Anspruch 1, wobei der bidirektionale Wandler aufweist: im Boost-Modus mindestens einen ersten Leistungshalbleiter, der dazu ausgebildet ist, eine aktive Klemmvollbrückenschaltung relativ zu einer Niederspannungsstufe auszuführen; einen Transformator, der dazu ausgebildet ist, eine Spannung hochzusetzen, die von dem mindestens einen Leistungshalbleiter geschaltet wird, die hochgesetzte Spannung an die Hochspannungsstufe zu übertragen und die Niederspannungsstufe von der Hochspannungsstufe elektrisch zu isolieren; und mindestens einen zweiten Leistungshalbleiter, der dazu ausgebildet ist, eine Vollbrücken-Gleichrichtungsschaltung relativ zu einer vom Transformator ausgegebenen Spannung auszuführen und ein Ergebnis der Hochspannungsstufe bereitzustellen.
  4. Wandler nach Anspruch 1, wobei der bidirektionale Wandler aufweist: im Buck-Modus mindestens einen ersten Leistungshalbleiter, der dazu ausgebildet ist, eine phasenversetzte Vollbrückenschaltung relativ zu einer Hochspannungsstufe auszuführen; einen ersten Transformator, der dazu ausgebildet ist, eine Spannung tiefzusetzen, die von dem mindestens einen ersten Leistungshalbleiter geschaltet wird, die tiefgesetzte Spannung an eine Niederspannungsstufe zu übertragen und die Hochspannungsstufe von der Niederspannungsstufe elektrisch zu isolieren; und mindestens einen zweite Leistungshalbleiter, der dazu ausgebildet ist, eine Synchrongleichrichtungsschaltung relativ zu einer vom ersten Transformator ausgegebenen Spannung auszuführen und ein Ergebnis der Niederspannungsstufe bereitzustellen; und im Boost-Modus mindestens einen dritten Leistungshalbleiter, der dazu ausgebildet ist, eine aktive Klemmvollbrückenschaltung relativ zu einer Spannung der Niederspannungsstufe auszuführen; einen zweiten Transformator, der dazu ausgebildet ist, eine Spannung hochzusetzen, die von dem mindestens einen dritten Leistungshalbleiter geschaltet wird, die hochgesetzte Spannung an die Hochspannungsstufe zu übertragen und die Niederspannungsstufe von der Hochspannungsstufe elektrisch zu isolieren; und mindestens einen vierten Leistungshalbleiter, der dazu ausgebildet ist, eine Vollbrücken-Gleichrichtungsschaltung relativ zu einer vom zweiten Transformator ausgegebenen Spannung auszuführen und ein Ergebnis der Hochspannungsstufe bereitzustellen.
  5. Wandler nach Anspruch 1, wobei der unidirektionale Wandler aufweist: im Buck-Modus mindestens einen ersten Leistungshalbleiter, der dazu ausgebildet ist, eine aktive Klemmeintaktflusswandler-Schaltung relativ zu einer Spannung der Hochspannungsstufe auszuführen; einen Transformator, der dazu ausgebildet ist, eine Spannung tiefzusetzen, die von dem mindesten einen ersten Leistungshalbleiter geschaltet wird, die tiefgesetzte Spannung an die Niederspannungsstufe zu übertragen und die Hochspannungsstufe von der Niederspannungsstufe elektrisch zu isolieren; und mindestens einen zweiten Leistungshalbleiter, der dazu ausgebildet ist, eine Synchrongleichrichtungsschaltung relativ zu einer vom Transformator ausgegebenen Spannung auszuführen und ein Ergebnis der Niederspannungsstufe bereitzustellen.
  6. Wandler nach Anspruch 1, wobei im Buck-Modus eine Leistungshalbleiter-Schaltperiode des bidirektionalen Wandlers doppelt so hoch ist wie eine Leistungshalbleiter-Schaltperiode des unidirektionalen Wandlers.
  7. Wandler nach Anspruch 1 wobei im Buck-Modus eine Leistungshalbleiter-Schaltstartzeit des bidirektionalen Wandlers und eine Leistungshalbleiter-Schaltstartzeit des unidirektionalen Wandlers unterschiedlich sind.
  8. Verfahren zur Steuerung eines bidirektionalen isolierten Gleichspannungswandlers mit großer Kapazität, der aufweist: einen bidirektionalen Wandler, der dazu ausgebildet ist, in einem Buck-Modus eine Spannung einer Hochspannungsstufe tiefzusetzen und die tiefgesetzte Spannung an einer Niederspannungsstufe zu übertragen und in einem Boost-Modus eine Spannung der Niederspannungsstufe hochzusetzen und die hochgesetzte Spannung an die Hochspannungsstufe zu übertragen; und einen unidirektionalen Wandler, der mit dem bidirektionalen Wandler parallel geschaltet ist und dazu ausgebildet ist, im Buck-Modus eine Spannung der Hochspannungsstufe tiefzusetzen und die tiefgesetzte Spannung an die Niederspannungsstufe zu übertragen, wobei das Verfahren umfasst: im Buck-Modus, Ausführen eines gleichzeitigen Parallelbetriebs des bidirektionalen Wandlers und des unidirektionalen Wandlers, um eine Summe der Ausgangsleistung der beiden Wandler an die Niederspannungsstufe zu übertragen, um die Spannung der Hochspannungsstufe tiefzusetzen und die tiefgesetzte Spannung an die Niederspannungsstufe zu übertragen; und im Boost-Modus, Bewirken, dass der bidirektionale Wandler eine Spannung hochsetzt, und Deaktivieren des unidirektionalen Wandlers, um eine Spannung der Niederspannungsstufe hochzusetzen und die hochgesetzte Spannung an die Hochspannungsstufe zu übertragen.
  9. Verfahren nach Anspruch 8, ferner umfassend: im Buck-Modus durch den bidirektionalen Wandler Ausführen einer phasenversetzten Vollbrückenschaltung relativ zu einer Spannung der Hochspannungsstufe; Tiefsetzen einer Spannung, die von der phasenversetzten Vollbrückenschaltung geschaltet wird, und Ausgeben der tiefgesetzten Spannung, während die Hochspannungsstufe von der Niederspannungsstufe elektrisch isoliert ist; und Ausführen einer Synchrongleichrichtungsschaltung relativ zu einer vom Transformator ausgegebenen Spannung und Bereitstellen eines Ergebnisses an die Niederspannungsstufe.
  10. Verfahren nach Anspruch 8, das umfasst: im Boost-Modus durch den unidirektionalen Wandlers Ausführen einer aktive Klemmvollbrückenschaltung relativ zu einer Niederspannungsstufe; Hochsetzen einer Spannung, die von der aktiven Klemmvollbrückenschaltung geschaltet wird, und Ausgeben der hochgesetzten Spannung, während die Niederspannungsstufe von der Hochspannungsstufe elektrisch isoliert ist; und Ausführen einer Vollbrücken-Gleichrichtungsschaltung relativ zu einer vom Transformator ausgegebenen Spannung und Bereitstellen eines Ergebnisses an die Hochspannungsstufe.
  11. Verfahren nach Anspruch 8, das umfasst: im Buck-Modus, durch den bidirektionalen Wandler, Ausführen einer phasenversetzten Vollbrückenschaltung relativ zu einer Spannung der Hochspannungsstufe; Tiefsetzen einer Spannung, die von der phasenversetzten Vollbrückenschaltung geschaltet wird, und Ausgeben der tiefgesetzten Spannung, während die Hochspannungsstufe von der Niederspannungsstufe elektrisch isoliert ist; und Ausführen einer Synchrongleichrichtungsschaltung relativ zu einer vom Transformator ausgegebenen Spannung und Bereitstellen eines Ergebnisses an die Niederspannungsstufe; und im Boost-Modus, durch den bidirektionalen Wandler, Ausführen einer aktiven Klemmvollbrückenschaltung relativ zu einer Niederspannungsstufe; Hochsetzen einer Spannung, die von der aktiven Klemmvollbrückenschaltung geschaltet wird, und Ausgeben der hochgesetzten Spannung, während die Niederspannungsstufe von der Hochspannungsstufe elektrisch isoliert ist; und Ausführen einer Vollbrücken-Gleichrichtungsschaltung relativ zu einer vom Transformator ausgegebenen Spannung und Bereitstellen eines Ergebnisses an die Hochspannungsstufe.
  12. Verfahren nach Anspruch 8, das umfasst: im Buck-Modus durch den unidirektionalen Wandler Ausführen einer aktiven Klemmeintaktflusswandler-Schaltung relativ zu einer Spannung der Hochspannungsstufe; Tiefsetzen einer Spannung, die von der Eintaktflusswandler-Schaltung geschaltet wird, und Ausgeben der tiefgesetzten Spannung, während die Hochspannungsstufe von der Niederspannungsstufe elektrisch isoliert ist; und Ausführen einer Synchrongleichrichtungsschaltung relativ zu einer vom Transformator ausgegebenen Spannung und Bereitstellen eines Ergebnisses an die Niederspannungsstufe.
  13. Verfahren nach Anspruch 8, wobei im Buck-Modus eine Leistungshalbleiter-Schaltperiode des bidirektionalen Wandlers doppelt so hoch ist wie eine Leistungshalbleiter-Schaltperiode des unidirektionalen Wandlers.
  14. Verfahren nach Anspruch 8, wobei im Buck-Modus eine Leistungshalbleiter-Schaltstartzeit des bidirektionalen Wandlers und eine Leistungshalbleiter-Schaltstartzeit des unidirektionalen Wandlers unterschiedlich sind.
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