本發(fā)明涉及一種隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器、一種用于轉(zhuǎn)換電壓的裝置(包括根據(jù)本發(fā)明的各轉(zhuǎn)換器的組合)以及一種利用根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器實(shí)施的轉(zhuǎn)換電壓的方法。

背景技術(shù)：

隔離dc/dc(直流/直流)轉(zhuǎn)換器可具有零電壓開關(guān)(zvs)或者零電流開關(guān)(zcs)，此使得能夠在電壓轉(zhuǎn)換期間減少開關(guān)損耗。這些轉(zhuǎn)換器因此在其中能量資源有限的汽車應(yīng)用中特別有利。在交通工具中，可使用電壓轉(zhuǎn)換器在交通工具中的多個(gè)電氣系統(tǒng)之間修改電壓電平或在能量來源與交通工具所搭載的電氣負(fù)載之間進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換。

一種隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器是從專利us5754413得知，且在圖1中進(jìn)行說明。所述轉(zhuǎn)換器包括兩個(gè)開關(guān)q1、q2，這兩個(gè)開關(guān)q1、q2將其中心點(diǎn)連接至包括串聯(lián)的兩個(gè)變壓器的分支。所述轉(zhuǎn)換器被設(shè)計(jì)成半橋形式。開關(guān)對(duì)通過變壓器進(jìn)行的能量傳輸進(jìn)行控制以將轉(zhuǎn)換器的輸入電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓。連接至變壓器的二次的二極管使得能夠?qū)敵鲂盘?hào)進(jìn)行整流。通過對(duì)開關(guān)的負(fù)載循環(huán)進(jìn)行控制來獲得輸出電壓。通過更改所述負(fù)載循環(huán)以便達(dá)到目標(biāo)輸出電壓值，對(duì)轉(zhuǎn)換器的增益進(jìn)行調(diào)整從而達(dá)到目標(biāo)輸出電壓值。具體來說，當(dāng)隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸入電壓變化時(shí)，已知做法是改變隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的開關(guān)的負(fù)載循環(huán)來調(diào)節(jié)其輸出電壓，即將其輸出電壓維持為期望值。

然而，整流二極管的電壓應(yīng)力依賴于轉(zhuǎn)換器的開關(guān)的負(fù)載循環(huán)。此應(yīng)力在負(fù)載循環(huán)接近于0％或100％時(shí)可變得非常大。為了限制整流二極管的電壓應(yīng)力，所述兩個(gè)變壓器分別提供有不同的變壓比。然而，此會(huì)使轉(zhuǎn)換器的設(shè)計(jì)復(fù)雜化，因?yàn)樽儔浩鞑豢赡転橄嗤那叶沃械碾娏鞅憩F(xiàn)出不連續(xù)性。

此外，當(dāng)以可變負(fù)載循環(huán)來工作時(shí)，輸出處的電流紋波可極大地變化，從而導(dǎo)致來自轉(zhuǎn)換器的輸出變化。為了維持以良好的輸出電平運(yùn)行，負(fù)載循環(huán)必須變化非常小。當(dāng)今，在交通工具中，能量來源(例如電池)的電壓可根據(jù)可得能量而極大地變化。轉(zhuǎn)換器的輸入處的此種變化會(huì)涉及以對(duì)應(yīng)的方式來使負(fù)載循環(huán)變化，從而限制了隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器在交通工具中的使用。

因此，尋求一種改善隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的性能以使其能夠在機(jī)動(dòng)車中使用的解決方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決這個(gè)問題，本發(fā)明涉及一種隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器，所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器包括：

-第一臂，包括串聯(lián)的開關(guān)，所述第一臂連接至所述轉(zhuǎn)換器的輸入；

-第二臂，包括串聯(lián)的開關(guān)；

-電感，連接在所述第一臂的中心點(diǎn)與所述第二臂的中心點(diǎn)之間；

-電容，連接在所述第二臂的端部端子之間；

-第三臂，包括磁性組件，所述第三臂連接至所述第二臂的所述中心點(diǎn)；

其中所述開關(guān)的接連的斷開操作及閉合操作使得能夠通過所述磁性組件將輸入電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓。

在本申請(qǐng)的上下文中，將隔離轉(zhuǎn)換器理解為意指在轉(zhuǎn)換器的各功能元件之間包括電隔離隔板的轉(zhuǎn)換器。所述轉(zhuǎn)換器特別地可包括使得能量能夠通過此隔離隔板來傳輸?shù)脑?/p>

特別地，所述第一臂直接連接至所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸入。

所述第一臂以及電容及電感有助于控制通過所述磁性組件進(jìn)行能量傳遞。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，所述第一臂的負(fù)載循環(huán)在控制通過所述磁性組件進(jìn)行能量傳遞時(shí)構(gòu)成補(bǔ)充參數(shù)。因此，獲得一種其中相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)可對(duì)控制進(jìn)行改進(jìn)以提高性能(特別地就通過磁性組件進(jìn)行能量傳輸來說)的隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述第一臂被配置成通過更改在所述電感中流動(dòng)的信號(hào)的電參數(shù)來控制所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸出電壓，所述第二臂的負(fù)載循環(huán)保持實(shí)質(zhì)上恒定。所述第二臂的開關(guān)的負(fù)載循環(huán)因此在不確定的程度上保持恒定。

因此，通過調(diào)整在電感中流動(dòng)的信號(hào)的電參數(shù)來獲得所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸出處的期望電壓值。所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸出處的每一期望電壓值具有在電感中流動(dòng)的信號(hào)的電參數(shù)的對(duì)應(yīng)值。所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸出處的期望輸出電壓值是在不更改第二臂的負(fù)載循環(huán)的條件下獲得。所述第二臂的負(fù)載循環(huán)因此可固定至特別地對(duì)于通過磁性組件進(jìn)行能量傳輸來說使來自所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸出能夠最大的值。

在所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的給定輸出電壓下，所述第一臂使得對(duì)于任何輸入電壓、具體來說處于所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行范圍內(nèi)的輸入電壓，所述第二臂均能夠以恒定的負(fù)載循環(huán)運(yùn)行。舉例來說，所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸入電壓的最小值與最大值之間的差值處于150v與500v之間；舉例來說，所述輸入電壓的最小值處于150v與200v之間；且所述輸入電壓的最大值處于400v與500v之間，或甚至處于400v與650v之間。

具體來說，所述第一臂被配置成通過更改所述第一臂自己的負(fù)載循環(huán)來更改在電感中流動(dòng)的信號(hào)的電參數(shù)。

根據(jù)此實(shí)施例的一種變型，所述第二臂被配置成使得所述第二臂的負(fù)載循環(huán)實(shí)質(zhì)上等于50％。在第二臂中的負(fù)載循環(huán)為50％時(shí)，所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸出處、更具體來說所述磁性組件的輸出處的電流表現(xiàn)出小的紋波，因?yàn)樗龈綦x直流/直流轉(zhuǎn)換器的磁化電感中電流中的紋波、具體來說所述磁性組件的磁化電感中電流中的紋波得到抵消。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述轉(zhuǎn)換器包括電路，所述電路用以構(gòu)建第一環(huán)路，以將流經(jīng)連接在所述第一臂與所述第二臂之間的電感的信號(hào)的電參數(shù)的設(shè)定點(diǎn)抑制至所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的所述輸出電壓的值與所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的設(shè)定點(diǎn)輸出電壓之間的差值。

根據(jù)一種變型，所述轉(zhuǎn)換器包括電路，所述電路用以構(gòu)建第二環(huán)路以將流經(jīng)連接在所述第一臂與所述第二臂之間的電感的信號(hào)的電參數(shù)抑制至所述電參數(shù)的值與所述電參數(shù)的設(shè)定點(diǎn)之間的差值。

根據(jù)一種變型，所述信號(hào)的電參數(shù)是電流或電壓。因此，在一種具體變型中，所述電路用以構(gòu)建所述第一環(huán)路以將流經(jīng)連接在所述第一臂與所述第二臂之間的電感的電流抑制至所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的所述輸出電壓的值與所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的設(shè)定點(diǎn)輸出電壓之間的差值。

具體來說，所述第一環(huán)路和/或所述第二環(huán)路的電路通過抑制所述第一臂的開關(guān)、特別地通過抑制所述開關(guān)的斷開或閉合的負(fù)載循環(huán)來抑制所述電參數(shù)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述磁性組件具有通過電隔離隔板分隔開的一次電路與二次電路，所述磁性組件被配置成在將所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸入電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓的轉(zhuǎn)換期間用作從所述一次電路至所述二次電路的變壓器、且在所述一次電路中用作存儲(chǔ)能量的阻抗。

具體來說，所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸出電壓是從所述磁性組件的二次電路的端子得到。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述磁性組件被配置成使得：

-在所述轉(zhuǎn)換器的運(yùn)行周期的第一部分中，所述一次電路的第一部分將能量傳遞至所述二次電路的第一部分，且所述一次電路的第二部分提供存儲(chǔ)能量的電感；

-在所述轉(zhuǎn)換器的所述運(yùn)行周期的第二部分中，所述一次電路的所述第二部分將能量傳遞至所述二次電路的第二部分，且所述一次電路的所述第一部分提供存儲(chǔ)能量的電感。

具體來說，所述第二臂是利用脈沖寬度調(diào)制來控制；所述第一運(yùn)行周期部分對(duì)應(yīng)于所述調(diào)制周期的第一部分；且所述運(yùn)行周期的第二部分對(duì)應(yīng)于所述調(diào)制周期的第二部分。這些第一部分及第二部分特別地取決于所述第二臂的負(fù)載循環(huán)。

根據(jù)一種變型，所述磁性組件的所述一次電路包括一次繞組，且所述磁性組件的所述二次電路包括至少一個(gè)第一二次繞組及至少一個(gè)第二二次繞組，所述至少一個(gè)第一二次繞組與所述至少一個(gè)第二二次繞組在磁性上不耦合至彼此，所述第一二次繞組及所述第二二次繞組在磁性上耦合至所述一次繞組。必須理解，所述二次電路包括至少一個(gè)一次繞組、至少一個(gè)第一一次繞組及至少一個(gè)第二二次繞組。具體來說，所述磁性組件的一次電路包括單個(gè)一次繞組。特別地，所述一次繞組連接至所述第二臂的中心點(diǎn)。

具體來說，所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸出電壓是從所述第一二次繞組和/或所述第二二次繞組的端子得到。

根據(jù)一種具體變型，所述磁性組件被配置成首先用作從所述一次繞組至所述二次繞組、特別地從所述一次繞組的一部分至所述二次繞組的變壓器；且其次在所述一次繞組中、特別地在所述一次繞組的另一部分中用作存儲(chǔ)能量的阻抗。

具體來說，所述磁性組件被配置成用作從所述一次繞組、特別地從所述一次繞組的一部分至所述第一二次繞組或至所述第二二次繞組的變壓器；同時(shí)還在所述一次繞組中、特別地在所述一次繞組的另一部分中用作存儲(chǔ)能量的阻抗。

根據(jù)一種具體變型，所述磁性組件用作至其的變壓器的二次繞組依賴于在一次繞組處提供的電壓。換句話說，根據(jù)在一次繞組上提供的電壓，所述磁性組件用作至所述第一二次繞組或至所述第二二次繞組的變壓器。

根據(jù)一種變型，所述磁性組件包括串聯(lián)的至少第一變壓器與第二變壓器，在所述變壓器中：

-所述第一變壓器的一次形成所述一次電路的所述第一部分，且所述第一變壓器的二次形成所述二次電路的所述第一部分；

-所述第二變壓器的一次形成所述一次電路的所述第二部分，且所述第二變壓器的二次形成所述二次電路的所述第二部分。

具體來說，所述變壓器的一次串聯(lián)且連接至所述第二臂的中心點(diǎn)。具體來說，所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸出電壓是從所述第一變壓器和/或所述第二變壓器的二次的端子得到。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第二臂與磁性組件、特別地磁性組件的一次電路形成半橋結(jié)構(gòu)。具體來說，包括磁性組件的第三臂首先連接至第二臂的中心點(diǎn)且其次連接至隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的接地端。

作為另外一種選擇，第二臂與磁性組件、特別地磁性組件的一次電路形成具有其他開關(guān)的全橋結(jié)構(gòu)。具體來說，包括磁性組件的第三臂首先連接至第二臂的中心點(diǎn)且其次連接至包括串聯(lián)的開關(guān)的第四臂的中心點(diǎn)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述開關(guān)中的至少一者包括并聯(lián)的電容，特別地第二臂和/或第四臂的開關(guān)。

本發(fā)明此外涉及一種用于轉(zhuǎn)換電壓的裝置，所述裝置包括：至少兩個(gè)根據(jù)本發(fā)明的隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的組合；且其中所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器各自的所述第一臂被配置成以2π/n的相移運(yùn)行，且所述轉(zhuǎn)換器各自的所述第二臂被配置成以π/n的相移運(yùn)行，n是所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的數(shù)目。

具體來說，所述裝置的所述至少兩個(gè)隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器是交錯(cuò)的。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器共享用以構(gòu)建第一環(huán)路的單個(gè)電路，以使得所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的各自的第一臂接收相同的設(shè)定點(diǎn)。

本發(fā)明還涉及一種轉(zhuǎn)換電壓的方法，所述方法包括涉及以下的步驟：

-提供至少一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器；

-執(zhí)行所述開關(guān)的接連的斷開操作及閉合操作，以使得能夠通過所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的所述磁性組件將輸入電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述執(zhí)行所述開關(guān)的接連的斷開操作及閉合操作包括更改流經(jīng)所述電感的信號(hào)的電參數(shù)，所述第二臂的所述負(fù)載循環(huán)保持實(shí)質(zhì)上恒定。所述第二臂的開關(guān)的負(fù)載循環(huán)因此在不確定的程度上保持恒定。

具體來說，所述更改在所述電感中流動(dòng)的信號(hào)的電參數(shù)包括更改所述第一臂的負(fù)載循環(huán)。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述第二臂的負(fù)載循環(huán)實(shí)質(zhì)上等于50％。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述將所述輸入電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓包括第一環(huán)路將流經(jīng)所述第一臂的信號(hào)的電參數(shù)的設(shè)定點(diǎn)抑制至所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸出電壓的值與所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的設(shè)定點(diǎn)輸出電壓之間的差值。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述方法包括提供多個(gè)隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器；且所述方法是：

-所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器各自的所述第二臂以π/n的相移運(yùn)行，n是所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的數(shù)目；且

-所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器各自的所述第一臂以2π/n的相移運(yùn)行。

根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述將所述輸入電壓轉(zhuǎn)換成輸出電壓是以由在各所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器之間共享的單個(gè)第一臂遞送的同一設(shè)定點(diǎn)來執(zhí)行。

根據(jù)本發(fā)明的所述方法可包括以上關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器闡述的特征中的一者。

附圖說明

將參考附圖來更好地理解本發(fā)明，在附圖中：

-圖1說明根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的實(shí)例。

-圖2及圖3分別說明根據(jù)本發(fā)明的隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的實(shí)例。

-圖4說明根據(jù)本發(fā)明的一種對(duì)包括交錯(cuò)的轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換裝置進(jìn)行控制的方法的實(shí)例。

圖5說明圖2及圖3所示轉(zhuǎn)換器的磁性組件的變型。

圖6a至圖6e說明在圖5中所說明的磁性組件的示例性實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

將參考圖2更好地理解根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器，圖2呈現(xiàn)根據(jù)本發(fā)明的隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的實(shí)例。

隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1包括由串聯(lián)的開關(guān)形成的第一臂a以及由串聯(lián)的開關(guān)形成的第二臂b。臂a、b包括開關(guān)ma1、ma2、mb1、mb2，其中接連的斷開動(dòng)作及閉合動(dòng)作使得能夠?qū)Ω綦x直流/直流轉(zhuǎn)換器1的輸出進(jìn)行控制。這些開關(guān)可為晶體管，例如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管(mosfet)、絕緣柵極雙極晶體管(igbt)或其他晶體管。隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的一部分(特別地是第二臂的開關(guān))或整個(gè)隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1可由半導(dǎo)體材料制成，例如由硅(si)、氮化鎵(gan)、碳化硅(sic)或任何其他半導(dǎo)體材料制成。

第一臂a包括串聯(lián)的兩個(gè)開關(guān)ma1、ma2。開關(guān)ma1被稱為高側(cè)開關(guān)，并連接至電壓源(圖中未示出)的高的端子。開關(guān)ma2被稱為低側(cè)開關(guān)，連接至電壓源的低的端子。此低的端子特別地對(duì)應(yīng)于隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的第一接地端gnd1。每一開關(guān)ma1、ma2可包括與續(xù)流二極管并聯(lián)的晶體管。

電感l(wèi)2具有第一端子及第二端子，所述第一端子連接至第一臂a的所述兩個(gè)開關(guān)ma1、ma2的中心點(diǎn)，所述第二端子連接至第二臂b的中心點(diǎn)。

第二臂b包括串聯(lián)的兩個(gè)開關(guān)mb1、mb2，所述兩個(gè)開關(guān)mb1、mb2優(yōu)選為相同的。開關(guān)mb1、mb2包括與以上針對(duì)第一臂a的開關(guān)ma1、ma2所述的二極管相似的二極管。此外，每一開關(guān)mb1、mb2包括并聯(lián)的電容cb1、cb2。這些電容cb1、cb2在開關(guān)mb1、mb2斷開時(shí)用于進(jìn)行零電壓開關(guān)或zvs。在開關(guān)mb1、mb2斷開期間，在電感、特別地稍后所述的磁性組件的漏電感中存儲(chǔ)的能量被回收，以對(duì)位于所述開關(guān)的端子處的電容cb1、cb2進(jìn)行放電。一旦電壓接近于0v，則對(duì)開關(guān)進(jìn)行控制且因此產(chǎn)生零電壓開關(guān)，由此會(huì)極大地減少開關(guān)損耗。這些電容cb1、cb2可作為寄生元件固有地存在于構(gòu)成開關(guān)mb1、mb2的半導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)中。開關(guān)mb1、mb2的寄生電容因此可足以在不添加補(bǔ)充電容的條件下產(chǎn)生零電壓開關(guān)。第一臂a還可包括用于對(duì)第一臂a的開關(guān)ma1、ma2進(jìn)行軟開關(guān)的電容。然而，此會(huì)在電感l(wèi)2中引起電流紋波，所述電流紋波可能導(dǎo)致產(chǎn)生損耗。由此造成的結(jié)果是喪失第一臂a的開關(guān)ma1、ma2的軟開關(guān)的優(yōu)點(diǎn)。

電容c1連接在第二臂b的端部端子之間。具體來說，電容c1在與第二臂b的中心點(diǎn)不同的相應(yīng)端子處連接至第二臂b的高側(cè)開關(guān)mb1且連接至所述第二臂的低側(cè)開關(guān)mb2。

第二臂b的所述兩個(gè)開關(guān)mb1、mb2之間的中心點(diǎn)連接至第三臂c，第三臂c包括串聯(lián)的兩個(gè)隔離變壓器t1、t2。每一變壓器t1、t2包括一次l11、l21以及二次l12、l22。一次l11、l21與二次l12、l22分別串聯(lián)。開關(guān)mb1、mb2的中心點(diǎn)連接至一次l11、l21。電容c33與變壓器t1、t2串聯(lián)。然而，隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1也可不具有此電容。電容c33使得能夠消除由變壓器t1、t2傳輸?shù)男盘?hào)的直流分量，特別地在半橋結(jié)構(gòu)的情形中。在全橋結(jié)構(gòu)中可去除電容c33。二次l12、l22串聯(lián)，其中二次l12、l22的中心點(diǎn)連接至隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的第二接地端gnd2。

二極管d31、d32連接至二次l12、l22以對(duì)來自變壓器t1、t2的信號(hào)進(jìn)行整流。為此，二極管d31將其陽極連接至一個(gè)二次l12的端子，且另一二極管d32將其陽極連接至另一二次l22的端子，這些端子與所述兩個(gè)二次l12、l22的中心點(diǎn)不同。隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的輸出是在二極管d31、d32的不連接至二次l12、l22且由所述兩個(gè)二極管d31、d32共用的端子與第二接地端gnd2之間得到。高的輸出因此是從二極管d31、d32的共用端子得到。

在一種變型中，每一二極管d31、d32將其各自的陰極連接至二次l12、l22的與中心點(diǎn)不同的端子。高的輸出是從二次l12、l22的中心點(diǎn)得到。二次l12、l22的中心點(diǎn)因此不連接至第二接地端gnd2。所述兩個(gè)二極管d31、d32共用的端子連接至第二接地端gnd2。

二極管d31、d32可有利地被替換為開關(guān)、特別地晶體管(例如金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng)效晶體管、絕緣柵極雙極晶體管或其他晶體管)，例如以在變壓器t1、t2的輸出處進(jìn)行同步整流。對(duì)于在二次上的高電流應(yīng)用來說，使用晶體管來替代二極管使得能夠提高來自隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的總輸出。

隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1包括用于對(duì)輸出信號(hào)進(jìn)行濾波的電容cf。

第二臂b的開關(guān)mb1、mb2具有使得能量能夠通過變壓器t1、t2來傳遞的負(fù)載循環(huán)。具體來說，在運(yùn)行周期的第一部分中，開關(guān)mb1閉合而開關(guān)mb2斷開。第一變壓器t1的一次l11的磁化電感存儲(chǔ)能量且第二變壓器t2的一次l21將能量傳遞至第二變壓器t2的二次l22。

在運(yùn)行周期的第二部分中，第二變壓器t2的一次l21的磁化電感存儲(chǔ)能量，且第一變壓器t1的一次l11將能量傳遞至第一變壓器t1的二次l12。運(yùn)行的第一部分及第二部分的持續(xù)時(shí)間是由開關(guān)mb1、mb2的負(fù)載循環(huán)來界定。

在圖1所說明的現(xiàn)有技術(shù)中，通過變壓器t1、t2進(jìn)行的能量傳輸是由串聯(lián)的開關(guān)q1、q2來控制。在根據(jù)本發(fā)明的隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器中，第二臂b同樣使得能夠?qū)Υ四芰總鬏斶M(jìn)行控制。然而，在現(xiàn)有技術(shù)中，包括所述兩個(gè)開關(guān)q1、q2的分支的端子處的電壓等于轉(zhuǎn)換器的輸入電壓ue。相比之下，在根據(jù)本發(fā)明的隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1中，第二分支b的端子處、即電容c1的端子處的電壓vc1是由以下表達(dá)式來提供：

其中αa是第一臂a的負(fù)載循環(huán)，且αb是第二臂b的負(fù)載循環(huán)。

因此，在隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1中，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，第一臂a的負(fù)載循環(huán)αa在控制通過變壓器t1、t2進(jìn)行能量傳遞時(shí)構(gòu)成補(bǔ)充參數(shù)。因此，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，對(duì)隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的控制得到改進(jìn)。

此外，第二分支b的端子處的電壓vc1可取得的值的范圍高于現(xiàn)有技術(shù)中的開關(guān)q1、q2的分支的端子處的電壓可取得的值的范圍。原因在于，如果比率αa/αb高于1，則第二分支b的端子處的電壓vc1高于輸入電壓ue。具體來說，電壓vc1可高于輸入電壓ue的最大值uemax。與現(xiàn)有技術(shù)相比，分支b的端子處的電壓vc1因此可高于隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的輸入電壓ue。同樣地，如果比率αa/αb低于1，則第二分支b的端子處的電壓vc1低于輸入電壓ue。具體來說，電壓vc1可低于輸入電壓ue的最小值uemin。與現(xiàn)有技術(shù)相比，第二分支b的端子處的電壓vc1因此可低于隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸入電壓ue。

可注意到，使輸入電壓降低或升高的此種性質(zhì)可通過向圖1中所說明的現(xiàn)有技術(shù)轉(zhuǎn)換器添加補(bǔ)充階段來實(shí)現(xiàn)。舉例來說，補(bǔ)充階段可為將升壓/降壓(“升壓-降壓(buck-boost)”)轉(zhuǎn)換器連接至所述轉(zhuǎn)換器的一次側(cè)。所獲得的轉(zhuǎn)換器因此相對(duì)于由開關(guān)q1、q2形成的臂將具有由開關(guān)形成的兩個(gè)補(bǔ)充臂。因此由開關(guān)形成的臂的總數(shù)目在轉(zhuǎn)換器的一次側(cè)上將為3。相比之下，在根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器中，使輸入電壓降低或升高的性質(zhì)是利用在轉(zhuǎn)換器1的一次側(cè)上由開關(guān)ma1、ma2、mb1、mb2形成的兩個(gè)臂a、b來獲得。

具體來說，第二臂b的開關(guān)mb1、mb2以不會(huì)變化(即在時(shí)間過程中保持恒定)的負(fù)載循環(huán)αb來運(yùn)行。在隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的運(yùn)行期間，由在電感l(wèi)2中流動(dòng)的電流來控制輸出電壓vout。此電流是通過第一臂a來控制。為此，隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1包括用于第一臂a的控制單元5?？刂茊卧?遞送脈沖寬度調(diào)制或pwm信號(hào)s2，脈沖寬度調(diào)制或pwm信號(hào)s2對(duì)第一臂a的開關(guān)ma1、ma2的斷開及閉合進(jìn)行控制以控制在電感l(wèi)2中流動(dòng)的電流。第一臂a的開關(guān)ma1、ma2被控制成使得在電感l(wèi)2中流動(dòng)的電流能夠在隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的輸出處獲得期望電壓值。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，不必使連接至變壓器t1、t2的開關(guān)mb1、mb2的負(fù)載循環(huán)αb變化。第二臂b因此可以對(duì)于通過變壓器t1、t2進(jìn)行能量傳輸來說最有利的負(fù)載循環(huán)αb、特別地為50％的負(fù)載循環(huán)αb來運(yùn)行。

二極管d31、d32的端子處的電壓應(yīng)力依賴于第二臂b的負(fù)載循環(huán)αb，且由以下表達(dá)式來提供：

v(d31)＝vout/(1-αb)以及v(d32)＝vout/αb

負(fù)載循環(huán)αb優(yōu)選地等于50％。因此，兩個(gè)二極管d31、d32的端子處的電壓應(yīng)力相等，且二極管d31、d32之間的耗損相同。此外，在負(fù)載循環(huán)為50％時(shí)，由于變壓器t1、t2的磁化電感而引起的電流紋波彼此抵消。因此，二次l12、l22上的電流是連續(xù)的。

因而第二分支b的端子處的電壓vc1等于2αaue。利用第一臂a的負(fù)載循環(huán)αa，可改變第二臂b的端子處的電壓vc1。如果第一臂a的負(fù)載循環(huán)αa低于0.5，則第二臂b的端子處的電壓vc1低于2ue。如果第一臂a的負(fù)載循環(huán)αa高于0.5，則第二臂b的端子處的電壓vc1高于2ue。因此第二臂b的為0.5的負(fù)載循環(huán)αb使得能夠簡(jiǎn)便地控制隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1。

具體來說，當(dāng)電壓轉(zhuǎn)換器1的輸入電壓ue變化時(shí)，第一臂a使得可確保輸出電壓vout保持期望值。因此，如果隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的輸入電壓ue的值改變，則控制單元5會(huì)以對(duì)應(yīng)的方式來更改對(duì)第一臂a的開關(guān)ma1、ma2的負(fù)載循環(huán)αa的控制，以將流經(jīng)線圈l2的電流維持為期望值。此在其中電池的充電量可隨時(shí)間過程而變化的電動(dòng)車輛中特別有利。

更具體來說，控制單元5產(chǎn)生第一反饋環(huán)路，所述第一反饋環(huán)路將流經(jīng)連接在第一臂a與第二臂b之間的電感的電流抑制至隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的輸出電壓的值vout_mes與隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的輸出處的期望電壓vout之間的差值。為此，控制單元5接收在隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器的輸出處測(cè)量的電壓vout_mes，此電壓vout_mes可能被乘以增益k1?？刂茊卧?然后將設(shè)定點(diǎn)電壓v*與所測(cè)量電壓vout_mes進(jìn)行比較。設(shè)定點(diǎn)電壓v*對(duì)應(yīng)于在隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的輸出處的所期望的電壓vout。根據(jù)比較的結(jié)果，控制器51將必須流經(jīng)電感l(wèi)2的設(shè)定點(diǎn)電流i2cons遞送至第一臂a。

設(shè)定點(diǎn)電流i2cons可直接傳輸至控制器52，控制器52將來自設(shè)定點(diǎn)電流i2cons的脈沖寬度調(diào)制信號(hào)s2遞送至第一臂a。然而，控制單元5可產(chǎn)生第二環(huán)路，所述第二環(huán)路將流經(jīng)電感l(wèi)2的電流抑制至流經(jīng)電感l(wèi)2的電流的值i2mes與設(shè)定點(diǎn)電流i2cons之間的差值。具體來說，控制單元5將由第一環(huán)路輸出的設(shè)定點(diǎn)電流i2cons與在電感l(wèi)2上測(cè)量的電流i2mes進(jìn)行比較。電流i2cons可能在比較之前被乘以增益k2。根據(jù)此比較的結(jié)果，控制器52確定出用于對(duì)第一臂a的開關(guān)ma1、ma2的負(fù)載循環(huán)αa進(jìn)行控制的信號(hào)s2，以調(diào)整流經(jīng)電感l(wèi)2的電流?？墒褂秒妷涵h(huán)路。然而，電流環(huán)路更易于構(gòu)建，這是因?yàn)樽鳛樾〉男盘?hào)，電流環(huán)路使得可具有一階傳遞函數(shù)，而電壓環(huán)路則屬于二階。此外，隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1可在不使用第二環(huán)路的情況下構(gòu)建第一環(huán)路。

根據(jù)本發(fā)明的隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1可被設(shè)計(jì)成覆蓋運(yùn)行范圍。運(yùn)行范圍對(duì)應(yīng)于隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的處于最小值uemin1與最大值uemax1之間的輸入電壓ue；且對(duì)應(yīng)于處于最小值voutmin1與最大值voutmax1之間的輸出電壓vout。舉例來說，輸入電壓ue處于170v與450v之間，且隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的輸出處的目標(biāo)電壓vout處于12v與16v之間。舉例來說，輸出電壓的最小值voutmin1處于8v與14v之間，且輸出電壓的最大值voutmax1處于15v與16v之間。

在圖2及圖3所說明的實(shí)例中，隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的磁性組件包括串聯(lián)的第一變壓器t1及第二變壓器t2。磁性組件可被替換為在圖5中所說明的磁性組件31。磁性組件31包括一次電路及二次電路，所述一次電路具有連接至電容c33的單個(gè)一次繞組33，所述二次電路具有兩個(gè)二次繞組35a及35b。所述兩個(gè)二次繞組35a及35b在磁性上耦合至一次繞組33，但在磁性上不耦合至彼此。此種磁性組件31使得不僅能夠通過減少包含鐵氧體的組件的數(shù)目來降低轉(zhuǎn)換器的成本且也能夠通過使得能夠獲得更緊湊的轉(zhuǎn)換器來減小轉(zhuǎn)換器的塊體。

隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的運(yùn)行保持相同。磁性組件31以與串聯(lián)的兩個(gè)理想變壓器相似的方式運(yùn)行。在調(diào)制周期的第一部分中，一次繞組33的第一部分提供電感，且一次繞組33的第二部分將能量傳遞至第二二次繞組35a。在調(diào)制周期的第二部分中，一次繞組33的第一部分將能量傳遞至第一二次繞組35b，且一次繞組33的第二部分提供電感。

在圖6a至圖6c中說明了對(duì)使得能夠獲得磁性組件31以便能夠在一次繞組33與二次繞組35a及35b之間進(jìn)行磁性耦合而在二次繞組35a及35b之間不存在任何磁性耦合的各種構(gòu)型。

圖6d、圖6e說明包括并聯(lián)的至少兩個(gè)第一二次繞組35a以及并聯(lián)的至少兩個(gè)第二二次繞組35b的磁性組件31的實(shí)例。在其中隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1中流動(dòng)的電流為高、例如高于100a或甚至高于200a的應(yīng)用中，這些構(gòu)型是有利的。因而隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1包括：多個(gè)二極管d31，所述多個(gè)二極管d31中的每一者連接至相應(yīng)的第一二次繞組35a；以及多個(gè)二極管d32，所述多個(gè)二極管d32中的每一者連接至相應(yīng)的第二二次繞組35b。如在圖2及圖3中說明的實(shí)例中一樣，二極管d31、d32可用開關(guān)來替換。

在法國(guó)專利申請(qǐng)1458573中更詳細(xì)地闡述了在圖6a至圖6e中所說明的組件31，所述法國(guó)專利申請(qǐng)的內(nèi)容并入本申請(qǐng)。

在圖2中所說明的實(shí)例中，第二臂b與變壓器t1、t2的一次形成半橋結(jié)構(gòu)。在圖3中所說明的實(shí)例相同于在圖2中所說明的實(shí)例，只是在圖3中，第二臂b與變壓器t1、t2的一次形成具有第四臂d的全橋結(jié)構(gòu)。第四臂d的開關(guān)優(yōu)選地相同于第二臂b的開關(guān)。

對(duì)于電力應(yīng)用來說，將在圖2及圖3中所說明的多個(gè)隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1進(jìn)行組合可為有利的。隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1可并聯(lián)地放置并進(jìn)行組合以限制電流紋波并降低隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的輸出處的濾波電容cf的值。在每一隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1中，由于第一臂a，第二臂b的負(fù)載循環(huán)αb保持恒定。

圖4說明包括隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的組合的轉(zhuǎn)換裝置10的運(yùn)行。優(yōu)選地，所有隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1共用第一反饋環(huán)路。因此，第一臂a接收同一設(shè)定點(diǎn)電流i2cons。為此，裝置10可包括單個(gè)控制器51，控制器51將單個(gè)設(shè)定點(diǎn)電流i2cons遞送至隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的所有第一臂a。因此，能夠確保轉(zhuǎn)換器之間的電流平衡。

優(yōu)選地，隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1以相移運(yùn)行。具體來說，第一臂a以2π/n的相移運(yùn)行，其中n是隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的數(shù)目，此使得能夠?qū)ρb置10的輸出的波動(dòng)以及電磁兼容性問題進(jìn)行限制。隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器1的第二臂b以π/n的相移運(yùn)行，此使得能夠?qū)ρb置10的輸出處的紋波進(jìn)行限制。這些紋波可由寄生元件(例如一次側(cè)寄生電感或二次側(cè)寄生電感)引起。

本發(fā)明并非僅限于所述的實(shí)例。具體來說，電壓環(huán)路可替換為電流環(huán)路。隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器還可用于被配置成將交流電壓轉(zhuǎn)換成直流電壓或反之的交流/直流轉(zhuǎn)換器中，或可用于交流/交流轉(zhuǎn)換器中。有利地，所述隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器因而通過第一臂上游的交流/直流轉(zhuǎn)換器和/或隔離直流/直流轉(zhuǎn)換器下游的直流/交流轉(zhuǎn)換器來補(bǔ)充。