CN102651612A - Dc-dc转换器单元、转换器电路及其运行方法 - Google Patents

Dc-dc转换器单元、转换器电路及其运行方法 Download PDF

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Abstract

本申请涉及DC-DC转换器单元、转换器电路及其运行方法。可反馈的DC-DC转换器电路具有第一转换器装置和直流电压耦接的第二转换器装置,第一转换器装置的两个输入端构造了DC-DC转换器电路的输入端并可与DC电源连接,第二转换器装置的输出端构造了DC-DC转换器电路的输出端并可与DC电压吸收器连接,其中,第二转换器装置构造为DC-DC转换器单元或构造为具有两个DC-DC转换器单元的DC-DC转换器单元设施。

Description

DC-DC转换器单元、转换器电路及其运行方法
技术领域
本发明描述了一种用于连接DC电源和DC电压吸收器的可反馈的DC-DC转换器电路,其中,优选的能量输送从DC电源向DC电压吸收器导引,但概念“可反馈”也描述了相反的途径并因此DC-DC转换器电路也可以从DC电压吸收器向DC电源输送能量。本发明此外描述了一种用于运行这种类型的可反馈的DC-DC转换器电路的有利的方法。
背景技术
这种类型的DC-DC转换器电路或还有此外形成它们的DC-DC转换器单元设施或还有形成这种转换器单元设施的DC-DC转换器单元一般用于使具有往往在时间上不恒定的输出电压的DC电源的输出电压与具有在时间上恒定的一般较高电压值的DC电压吸收器的电压匹配。
这里所描述的类型的DC电源可以是光电设备或其中的子设备、燃料电池或蓄能器元件如蓄电池或电容器电路。典型地用于不同类型的DC电源的是它们的不同的功能参数。光电设备的特征基本上在于,其输出电压承受很高的波动,而燃料电池的特征则在于比较恒定的电压输出。不同的蓄能器元件具有大多恒定的、天然给定的但时间上受界定的输出电压,在这里最好称为接线端电压。
DC电压吸收器可以是逆变器电路布置的输入端或DC总线系统。典型地用于DC总线系统的是大量与其联接的同类型地或不同地构造的DC-DC转换器系统,具有就此连接的DC电源,这些DC电源向DC总线系统供电或由该DC总线系统供电。在考虑到线路损耗的情况下,往往有利地选择DC总线系统的电压值至少比大多数所联接的DC电源的输出电压明显更高。
发明内容
本发明的目的在于,提供一种通用的DC-DC转换器拓扑,用于接线端电压优选可变的DC电源与接线端电压优选恒定的DC电压吸收器的双向、也就是可反馈的连接。
该目的依据本发明通过具有权利要求6的特征的、具有至少一个依据权利要求1的转换器单元的DC-DC转换器电路以及通过依据权利要求10的方法得以解决。优选的实施方式在各自的从属权利要求中描述。
本发明的出发点是DC-DC转换器单元,用于将在输入接线端上施加的具有第一电压值的直流电压转换成然后在输出接线端上施加的具有第二电压值的直流电压。这种类型的DC-DC转换器单元例如用于使具有时间上可变的第一电压值的光电设备的或其中的设备部分的输出电压与具有恒定的第二电压值的直流电压的逆变器的输入端匹配。有利的是,这种DC-DC转换器单元是可反馈的、也就是双向能运转的,以便例如从具有恒定电压值的DC总线系统充电具有同样恒定的,但较低电压值的蓄能器元件。不言而喻地,DC总线系统可以同样再由蓄能器元件供电。
这里所提供的DC-DC转换器单元具有三个输入接线端和两个输出接线端。在三个输入接线端中的两个上可以以如下方式地联接DC电源,即,该DC电源与第一和第二或与第二和第三输入接线端连接。在联接DC电源时,可以有利地将两个输入接线端中的一个与地电位连接。同样可以有利的是,与DC电源连接的两个输入接线端之间设置有一个输入电容器。由两个输出接线端,第一输出接线端与DC-DC转换器单元的第一输入接线端连接并且第二输出接线端与DC-DC转换器单元的第三输入接线端连接。此外,两个输出接线端可与DC电压吸收器连接,其中,在这里还可以有利地在两个输出接线端之间设置输出电容器。
此外,DC-DC转换器单元具有至少一个、但有利的多个同类型构造的转换器级。每个转换器级具有由各至少两个功率开关的上和下串联电路。这些功率开关可与现有技术相应地各自构造为功率晶体管,例如构造为具有反并联自振荡二极管的IGBT或构造为MOS-FET。
DC-DC转换器单元的第二输入接线端与至少一个转换器级中的每个转换器级的中间点优选借助中间联接的线圈连接。中间点将各自的转换器级对称地分成上和下串联电路。为两个串联电路的各自的晶体管分配从1至N-1的顺序号,这些顺序号各从中间点起计数。上面的具有顺序号为N-1的最后那个功率开关与第一输入接线端连接,而下面的同样具有顺序号为N-1的最后那个功率开关与第三输入接线端连接。
此外,在至少一个转换器级中的每个转换器级内设置有至少一个电容器。各自的电容器同样具有顺序号。一个顺序号的电容器一方面与相同顺序号的上面的功率开关和顺序号紧随其后的功率开关之间的中间点连接,并且另一方面与相同顺序号的下面的功率开关和顺序号紧随其后的功率开关之间的中间点连接。由此,从各转换器级的中间点出发观察,形成N-2个电容器的对称布置。
由此,从中间点出发观察,在每个转换器级中产生N个电位分级,其中第一电位分级形成中间点本身并且最后的电位分级形成第一或第三输入接线端,而中间的电位分级则通过功率开关之间的中间点形成。具有上和下串联电路内的各四个功率开关的设施由此具有三个电容器和五个电位分级并因此标称为五分级电路。
在DC-DC转换器单元的这种设计方案方面有利的是,在每个串联电路内的N-1个功率开关中的每个功率开关仅需具有DC-DC转换器单元的输出电压的1/(N-1)倍的耐压强度(Spannungsfestigkeit)。通过适当操控功率开关,特别是通过偏置的同步(versetzte Taktung),可以在通过DC-DC转换器单元升压转换(
Figure BDA0000138956770000041
)时,将输出电流的纹波随着分级数量的上升而降低并由此将待设置的输出电容器的电容以各自的系数降低。
DC-转换器单元设施具有两个上面所描述的DC-DC转换器单元,其中,第一DC-DC转换器单元的第三输入接线端与第二DC-DC转换器单元的第一输入接线端连接以及第一DC-DC转换器单元的第二输出接线端与第二DC-DC转换器单元的第一输出接线端连接,或各自的接线端相对应。
两个DC-DC转换器单元的各自的第二输入接线端构造了转换器单元设施的输入端。有利的是,转换器单元设施的至少一个输入端上设置有线圈,如上面在DC-DC转换器单元中描述的那样。在DC-DC转换器单元设施的两个输入端内设置有各一个线圈的情况下,可以此外有利地将这两个线圈电磁地、也就是变压地耦接。
第一DC转换器单元的第一输出接线端和第二DC转换器单元的第二输出接线端形成DC-DC转换器单元设施的两个输出端。但可以有利的是,第一或第二DC-DC转换器单元的相互连接的第二或第一输出接线端设置作为DC-DC转换器单元设施的附加输出端。该附加的输出端例如可以用于输出电压的对称,并有利地在DC-DC转换器单元设施的两个输入端都不处于地电位时,处于地电位上。
对于上面所提及的要求来说,特别是在作为DC总线系统构造的DC电压吸收器的情况下,在DC电源和DC电压吸收器的电压值相差约一个数量级或更多,也就是相差约10倍时,由两个转换器装置组成的可反馈的DC-DC转换器电路是特别有利的。
同样可以有利是,将两个这种类型的可反馈的DC-DC转换器电路类似于上面所描述的两个DC-DC转换器单元的连接而连接至转换器单元设施。
第一转换器装置在这种情况下可以依据现有技术构造并由一个级或由大量级的串联电路组成。这些级的每个由半桥电路组成,其中,至少一个级的中间接点构造了DC-DC转换器电路的两个各自的输出端中的一个。优选的是,可反馈的DC-DC转换器电路的输入端与第一转换器装置的所配属的中间接点之间设置有各一个线圈。这些线圈可以以有利的方式变压地相互耦接。
第二转换器级构造为DC-DC转换器单元或构造为如上面所描述的DC-DC转换器单元设施。
第一与第二转换器电路的直流电压耦接是第一转换器装置的输出端与第二转换器装置的输入端的连接,其中,可以优选的是,在这些连接中的至少一个内设置有线圈。
在DC-DC转换器电路以特别有利的方式运行时,可以放弃这种类型的线圈,或这种类型的线圈可以具有相对于常见的尺寸规格特别小的电感。
这种特别有利的运行方式的特色在于,在升压转换器运行中,也就是在DC-DC转换器电路的输入端上的电压值与输出端上所希望的电压值相比较低时,第一转换器装置以最大系数3执行DC电源的电压值的输出电压的连续提高,而第二转换器电路则仅以恒定的优选整数的系数执行第一转换器电路的输出电压。
在这种仅以整数系数提高电压的情况下,构造了第二转换器装置的DC转换器单元的功率开关可以以如下方式地进行切换,即,第一与第二转换器装置之间的连接中不需要存储能量或仅需要储存非常低的能量。由此,可以完全放弃布置在那里的线圈或该线圈具有至少相对于公知的尺寸规格明显更低的电感。
在电压提高其它优选的非整数但恒定的系数结合每个上和下串联电路的适当数量的功率开关的情况下,给出这种优点,即,完全放弃线圈或该线圈至少具较低的电感。
附图说明
借助依据图1至图8的实施例对本发明的解决方案做进一步阐释。
图1示意示出DC-DC转换器单元;
图2和图3示出具有不同接线端变形方案的各一个DC-DC转换器单元;
图4示出DC-DC转换器单元的电路的实施方案;
图5示意示出具有外部布线的DC-DC转换器单元设施;
图6示出DC-DC转换器单元设施的电路的实施方式;
图7在模拟图中示出不同DC-DC转换器单元设施的输出电压的相对纹波;
图8示出可反馈的DC-DC转换器电路。
具体实施方式
图1示意示出DC-DC转换器单元10,具有三个输入接线端11、12、13和两个输出接线端14、15。该转换器单元10一定程度上形成后面所有其它电路的基本模块或基本组件。
图2和图3示出具有不同接线端变形方案的各一个DC-DC转换器单元10。图2示出具有正极和负极的DC电源20。正极与DC-DC转换器单元10的第一输入接线端11连接,而负极则与DC-DC转换器单元10的第二输入接线端12连接。此外示出输入接线端、在这里是第一输入接线端11与地电位GND的有利的连接。与地电位GND的这种类型的连接在作为DC电源的光电设备中是经常习惯的。
此外并无关于与地电位GND的连接地,两个输入接线端11、12以优选的方式与输入电容器200连接。该输入电容器在具有输出电压的给定纹波的DC电源20中用于该输出电压的滤波。但该电容器也可以用作暂时的蓄能器,如果DC电源20的输出电压不能连续提供的话。
DC-DC转换器单元10的输出端14、15在这里例如与作为DC电压吸收器的逆变器42连接。
图3示出DC-DC转换器单元10的其它有利的外部布线。在这种情况下,DC电源20利用其正极与DC-DC转换器单元10的第二输入接线端12连接,而负极则与第三输入接线端13连接。同样在这里可以有利的是,例如将DC电源20的负极或DC-DC转换器单元的第三输入接线端13与地电位GND连接。
DC-DC转换器单元10的输出端与DC总线系统40连接。这种类型的DC总线系统40例如在光电设备的内部将多个子设备相互连接,并且在需要时与逆变器装置连接。同样地,在分散式能量产生装置中在这种类型的DC总线系统40上,不同形式(
Figure BDA0000138956770000071
)的多个DC电源20可以相互连接。这例如可以是多个纯DC电源如光电模块或燃料电池也可以是多个DC蓄能器如电容器装置。
这里所描述的DC-DC转换器单元不仅能够从DC电源20向DC电压吸收器40、42输送能量,而且也适用于在相反的方向上的能量输送,例如用于供电给作为DC电源的电容器装置。在这种情况下,通常DC电压吸收器40、42的电压值降低并供电到DC电源20中。这描述了DC-DC转换器单元10的所提及的反馈能力。
图4示出具有图3所述功能性的DC-DC转换器单元10的电路的实施方式。示出三个输入接线端11、12、13以及两个输出接线端14、15。第一输入接线端11在这种情况下与第一输出接线端14直接连接,以及第三输入接线端13与第二输出接线端15直接连接。
转换器功能性通过这里的两个转换器级100构造,其中,依赖于功率地可以是任意数量。转换器级100由大量功率开关S_ox1、S_ux1、S_ox2、S_ux2的相对于中间点M对称布置的上串联电路102和下串联电路104组成。这种对称设施的中间点M各与DC转换器单元的第二输入接线端12连接。在该设计方案中,第二输入接线端12与各自的中间点M之间设置有各一个线圈120、122。在这里额外有利的是,这些线圈120、122磁性地借助共同的芯124耦接。这种类型的耦接也可以标称为变压耦接。
转换器级100的上串联电路102和下串联电路104由至少两个、这里三个功率开关S_ox1、S_ux1、S_ox2、S_ux2组成,这些功率开关构造为功率晶体管,例如构造为具有反并联联接的自振荡二极管132的IGBT 130或构造为具有本征自振荡二极管(intrinsischerFreilaufdiode)的MOS-FET。为功率开关S_ox1、S_ux1、S_ox2、S_ux2中的每一个功率开关配属一个顺序号x,该顺序号从转换器级中间点开始从1计数。第二数字y在这里确定各自的转换器级。
此外,转换器级100内依赖于功率开关的数量设置有电容器C_x1、C_x2,其中,电容器的数量小于每个串联电路100的功率开关数量。在具有每个串联电路包含三个功率开关的所示变形方案中,因此存在两个电容器。在一种作为具有每个串联电路包含各六个功率开关的7分级DC-DC转换器单元的同样有利的未示出的设计方案中设置有五个电容器。
设置电容器C_x1、C_x2,使得第一电容器C_1y利用其第一接线端联接在上串联电路102的第一功率开关S_o1y与第二功率开关S_o2y之间并利用其第二接线端联接在下串联电路104的第一功率开关S_u1y与第二功率开关S_u2y之间。在具有每个上和下串联电路包含四个功率开关的未示出的设计方案中,第三电容器在上串联电路内联接在第三与第四功率开关之间并在下串联电路内同样联接在第三与第四功率开关之间。因此重要的是,各两个相邻的功率开关之间设置有一个电容器接线端,并且该各自的电容器对称联接在上与下串联电路之间。
此外可以有利的是,DC-DC转换器单元10的两个输出接线端14、15与其它电容器、输出电容器400连接。
如果不要求DC-DC转换器单元的反馈能力,那么可以依据专业常用的手段并依赖于外部布线,通过流量控制阀,也就是通过二极管取代单个的功率开关。
图5示意示出具有外部布线的DC-DC转换器单元设施30。该DC-DC转换器单元设施30由两个相互连接的DC-DC转换器单元10a、10b组成。为此,第一DC-DC转换器单元10a的第三输入接线端13与第二DC-DC转换器单元10b的第一输入接线端11连接。同样的是,必要地通过各自的DC-DC转换器单元10a、10b内部的内部连接,第一DC-DC转换器单元10a的第二输出接线端15也与第二DC-DC转换器单元10b的第一输出接线端14连接。
第一DC-DC转换器单元10a的第一输入接线端11以及第二DC-DC转换器单元10b的第三输入接线端13同样很少地像各自的转换器单元的上述连接的输入接线端那样,不构造DC-DC转换器单元设施30的外部接线端。
确切地说,DC-DC转换器单元设施30的两个输入端31、32由各自的DC-DC转换器单元10a、10b的两个第二输入接线端12形成并在这里与作为光电模块构造的DC电源20连接。DC-DC转换器单元设施30的输出端34、35在这种设计方案中与DC总线系统40连接,但同样可以与逆变器装置直接连接。
图6示出DC-DC转换器单元设施30的电路的5分级实施方案。各形成DC-DC转换器单元设施30的DC-DC转换器单元10a、10b在这里各仅具有一个级,该级从它那方面通过4个功率开关S_o11至S_o41、S_u11至S_u41的各一个上和下串联电路形成,这些功率开关各个级地与三个电容器C_11至C_13以上面描述的方式互相联接(verschalten)。
DC-DC转换器单元设施30的输入端31、32的后面在这里设置有各一个线圈320、322,其中,在这里两个线圈320、322再次以不是必须的,但有利的方式借助一个共同的芯324磁性地耦接。在输入端31、32上以如下方式地联接DC电源20,即,该DC电源的正极与DC-DC转换器单元设施30的内部地相应于第一DC-DC转换器单元10a的第二输入接线端12的那个输入端31连接。与此类似,DC电源20的负极与DC-DC转换器单元设施30的内部地相应于第二DC-DC转换器单元10b的第二输入接线端12的输入端32连接。此外,DC-DC转换器单元设施30的输入端31、32之间设置有具有如上面对图2已经描述过的那样的功能性的输入电容器200。
在这种设计方案中,示出了DC-DC转换器单元设施30的附加的、对确定的应用有利的其它输出端36,该输出端提供了第一DC-DC转换器单元10a的第二输出接线端15的电位并因此也提供了第二DC-DC转换器单元10b的第一输出接线端14的电位。该电位可以用于使作为DC电压吸收器且布置在DC-DC转换器单元设施的输出端上的载荷44、46对称并且该电位也可以附加地处于地电位GND上。
图7仿真示出与现有技术相比的DC-DC转换器单元设施的不同设计方案的输出电压的相对纹波。在这种情况下示出具有作为转换器级的半桥电路的公知的转换器电路的纹波W2作为相对纹波数值1。与此相比,具有每个上和下串联电路包含四个功率开关的5分级DC-DC转换器单元设施将标准化的纹波数值W4降到0.25,而在7分级DC-DC转换器单元设施中的每个上和下串联电路包含六个功率开关则将标准化的纹波数值W6降到仅略微超出0.1。
从中可以看出,这里所介绍的DC-DC转换器单元设施或DC-DC转换器单元本身在每个上和下串联电路的功率开关数量增加的情况下,明显降低了输出电压的纹波。同时,必要时在输入端上待设置的线圈与公知的尺寸确定规则相比地设置具有低的电感。具有较高数量的功率开关的电路技术上的消耗造成更好的信号质量以及在附加的布线中的较低的成本。
图8示出由第一转换器装置60和第二转换器装置10组成的可反馈的DC-DC转换器电路50,其中,第一转换器装置按照现有技术构造,用于以最大系数3,但优选仅以系数2少量提升DC-DC转换器电路50的输入电压。在该第一转换器装置60上以直流电压耦接的方式联接有第二转换器装置,也就是第一转换器装置在其输出端64、65上产生输出直流电压,该输出直流电压给第二转换器装置10用作输入直流电压。依赖于两个转换器装置60、10的运行方式,作为该直流电压连接的部分,没有设置或至少在一个线路中设置有一个附加的线圈58。同样地,可以在该直流电压连接的两个极之间设置有附加的电容器59。
将第二转换器装置10通过上面描述的DC-DC转换器单元或如未示出的那样通过DC-DC转换器单元设施形成。
在可反馈的DC-DC转换器电路的输入端51、52上以公知的方式联接有DC电源,其中,正极通过第一转换器装置的第一输入端61与第一转换器装置的各自的级的中间点连接,而负极则与第一转换器装置60的第二输入端62连接并通过第一转换器装置的输出端65与DC-DC转换器单元10的第三输入接线端13连接。此外,DC-DC转换器电路50的两个输入端51、52之一,在这里是第二输入端52,负极的那个输入端可以处于地电位GND上。与此无关地,DC电源20的两个极之间或DC-DC转换器电路50的输入端51、52之间还可以设置有输入电容器200。
在可反馈DC-DC转换器单元50的输出端54、55上也在不受普遍性限制的情况下设置有上面描述的设计方案的DC总线系统40。
可以出自具有光电设备的布置的举例数值是在DC-DC转换器电路50上,也就是在DC电源输出端上的125V至300V的输入电压,在DC-DC转换器电路上的至DC总线系统的1500V的输出电压和125kW的转换功率。在这种情况下显而易的是,在最高1000A的输入电流的情况下并在对目前可供支配的功率半导体模块的认识中,第一但还有第二转换器装置的多级的设计方案是有意义的和必要的。
将可反馈的DC-DC转换器电路以有利的方式以如下方式地运行,即,第一转换器装置提升输入电压到300V和第二转换器装置将该数值恒定地增加五倍。在这种情况下有利的是,该第二转换器装置作为具有每个上和下串联电路包含五个功率开关的6分级DC-DC转换器单元构造。在这种设计方案中并在使用该方法的情况下,可以放弃在第一转换器装置的输出端与第二转换器装置的输入端之间设置的每个其它构造元件、特别是线圈。
如果第二转换器单元作为DC-DC转换器单元构造,那么可以将整个DC-DC转换器电路也类似于DC-DC转换器单元设施的上面描述的构造方案那样进一步构成可反馈的DC-DC转换器电路。为此如类似于上面的描述那样,DC-DC转换器电路在其负电位上扩展了第二转换器电路。

Claims (12)

1.DC-DC转换器单元(10),具有三个输入接线端(11、12、13)、两个输出接线端(14、15)和至少一个转换器级(100),其中,第一输入接线端(11)与第一输出接线端(14)连接,第二输入接线端(12)与所述至少一个转换器级(100)的每个转换器级的中间点(M)连接,并且第三输入接线端(13)与第二输出接线端(15)连接,并且每个转换器级(100)具有一个上串联电路(102)和一个下串联电路(104),所述上串联电路和所述下串联电路各自带有至少两个功率开关(S_ox1、S_ux1、S_ox2、S_ux2)的,其中,各个功率开关(S_ox1、S_ux1、S_ox2、S_ux2)的顺序号(x)从中间点(M)起计数,上面的功率开关(S_ox1、S_ox2)中的最后的功率开关与所述第一输入接线端(11)连接并且下面的功率开关(S_ux1、S_ux2)中的最后的功率开关与所述第三输入接线端(13)连接,其中,在所述至少一个转换器级(100)中的每个转换器级内以如下方式各设置一个电容器(C_x1、C_x2),即,所有上面的相邻的功率开关与相同顺序号的下面的相邻的功率开关通过各自的电容器连接,并且其中,在所述第一输入接线端(11)和所述第二输入接线端(12)上或在所述第二输入接线端(12)和所述第三输入接线端(13)上能够联接直流电源(20)。
2.按权利要求1所述的DC-DC转换器单元(10),其中,两个能够与直流电源(20)连接的输入接线端(11、12、13)之一处于地电位(GND)。
3.按权利要求1所述的DC-DC转换器单元(10),其中,两个输出接线端(14、15)借助输出电容器(400)相互连接。
4.按权利要求1所述的DC-DC转换器单元(10),其中,在所述第二输入接线端(12)与所述至少一个转换器级(100)的中间点(M)之间各联接有一个线圈(120、122)。
5.DC-DC转换器单元设施(30),具有两个依据权利要求1至4之一的DC-DC转换器单元(10),其中,第一DC-DC转换器单元(10a)的第三输入接线端(13)以及第二输出接线端(15)相应于第DC-DC转换器单元(10b)的第一输入接线端(11)或第一输出接线端(14),并且其中,两个DC-DC转换器单元(10a、10b)的第二输入接线端(12)构造了转换器单元设施的输入端(31、32),并且所述第一转换器单元(10a)的第一输出接线端(14)以及第二转换器单元(10b)的第二输出接线端(15)形成所述DC-DC转换器单元设施(30)的输出端(34、35)。
6.可反馈的DC-DC转换器电路(50),具有第一转换器装置(60)和直流电压耦接的第二转换器装置(10),所述第一转换器装置的两个输入端(61、62)构造了DC-DC转换器电路(50)的输入端(51、52)并能够与DC电源(20)连接,所述第二转换器装置的输出端(14、15)构造了DC-DC转换器电路(50)的输出端并能够与DC-电压吸收器(40、42)连接,其中,所述第二转换器装置构造为DC-DC转换器单元(10)或构造为具有两个DC-DC转换器单元(10)的DC-DC转换器单元设施(30)。
7.按权利要求6所述的可反馈的DC-DC转换器电路(50),其中,所述第一转换器电路(60)由一个级组成或由大量级构成的串联电路组成,其中,至少一个级能够通过至少一个线圈(600、610)与DC电源(20)连接。
8.按权利要求6所述的可反馈的DC-DC转换器电路(50),其中,所述第一转换器电路(60)的至少一个输出端(64、65)借助附加的线圈(58)与所述第二转换器电路(10)的所配属的输入端(12、13)连接。
9.按权利要求6所述的可反馈的DC-DC转换器电路(50),其中,所述第一转换器电路(60)的两个输出端(64、65)直接与所述第二转换器电路(10)的各个配属的输入端(12、13)连接,而无需其他构造元件。
10.用于运行依据权利要求6的可反馈的DC-DC转换器电路(50)的方法,其中,在升压转换器运行中第一转换器装置(60)以最大系数3执行DC电源的电压值的连续提高,而所述第二转换器电路(10)则以恒定的其它系数执行第一转换器电路(60)的输出电压。
11.按权利要求10所述的用于运行可反馈的DC-DC转换器电路(50)的方法,其中,所述其它系数大于等于3,优选大于等于5。
12.按权利要求10或11所述的用于运行可反馈的DC-DC转换器电路(50)的方法,其中,所述其它系数是整数系数。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10680505B2 (en) 2014-03-26 2020-06-09 Solaredge Technologies Ltd. Multi-level inverter
US11063528B2 (en) 2013-03-14 2021-07-13 Solaredge Technologies Ltd. Generating an alternating-current voltage with a high frequency multi-level inverter
CN114270685A (zh) * 2019-08-21 2022-04-01 松下知识产权经营株式会社 Dc/dc转换装置

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2493062B1 (de) * 2011-02-28 2015-04-15 SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG DC-DC Wandlerzelle, hieraus aufgebaute rückspeisefähige DC-DC Wandlerschaltung und Verfahren zu deren Betrieb
FR2982997B1 (fr) * 2011-11-17 2013-12-20 Commissariat Energie Atomique Source de tension continue incluant des cellules electrochimiques a niveau de tension adaptatif
JP5714528B2 (ja) * 2012-03-19 2015-05-07 株式会社豊田中央研究所 電力変換器および電源システム
US10658930B2 (en) * 2016-08-22 2020-05-19 Destinpower Inc. Buck boost converter
CN111164872B (zh) * 2018-01-23 2021-12-24 华为数字能源技术有限公司 功率转换器
US10855166B2 (en) 2019-03-11 2020-12-01 Infineon Technologies Ag Ripple shaping for switch-mode power supply using number of active phases
JP7296558B2 (ja) * 2019-08-05 2023-06-23 パナソニックIpマネジメント株式会社 Dc/dc変換装置
JP2021175260A (ja) * 2020-04-23 2021-11-01 パナソニックIpマネジメント株式会社 Dc/dc変換装置
JP7182135B2 (ja) * 2020-06-03 2022-12-02 パナソニックIpマネジメント株式会社 Dc/dc変換装置
JP7432892B2 (ja) 2020-07-07 2024-02-19 パナソニックIpマネジメント株式会社 電力変換装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5844399A (en) * 1996-07-26 1998-12-01 The University Of Toledo Battery charger control system
US20070296383A1 (en) * 2006-06-27 2007-12-27 Ming Xu Non-Isolated Bus Converters with Voltage Divider Topology
CN101401287A (zh) * 2006-03-22 2009-04-01 三菱电机株式会社 双向升降压dcdc转换器装置
DE102009008072A1 (de) * 2009-02-10 2010-08-19 Siemens Aktiengesellschaft Verwendung eines 3-Phasen-Moduls als Baueinheit zur Realisierung eines hochverfügbaren Hoch- und Tiefsetzstellers

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0667181B2 (ja) * 1984-10-08 1994-08-24 シャープ株式会社 Dc/dcコンバ−タ
JP3656694B2 (ja) * 1996-10-14 2005-06-08 富士電機ホールディングス株式会社 電力変換装置
US6798177B1 (en) * 2002-10-15 2004-09-28 Arques Technology, Inc. Boost-buck cascade converter for pulsating loads
JP4768498B2 (ja) * 2006-04-14 2011-09-07 日立コンピュータ機器株式会社 双方向dc−dcコンバータおよびそれを用いた電源装置
EP1858145B1 (en) * 2006-05-15 2010-12-15 austriamicrosystems AG Voltage generator arrangement and method for voltage conversion
DE102007028077B4 (de) 2007-06-15 2009-04-16 Sma Solar Technology Ag Vorrichtung zur Einspeisung elektrischer Energie in ein Energieversorgungsnetz und Gleichspannungswandler für eine solche Vorrichtung
US7872886B2 (en) * 2008-02-20 2011-01-18 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. Quasi-parallel voltage regulator
JP5081063B2 (ja) * 2008-05-22 2012-11-21 本田技研工業株式会社 複合型変圧器、および電力変換回路
US8212537B2 (en) * 2009-07-23 2012-07-03 International Business Machines Corporation Integratable efficient switching down converter
US8350540B2 (en) * 2009-09-10 2013-01-08 Cuks, Llc Storageless step-down switching DC-DC converter
EP2395639B1 (de) * 2010-05-31 2020-04-01 SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG Schaltungsanordnung und Verfahren zur Erzeugung einer Wechselspannung aus mindestens einer Spannungsquelle mit zeitlich variabler Ausgangsgleichspannung
EP2493062B1 (de) * 2011-02-28 2015-04-15 SEMIKRON Elektronik GmbH & Co. KG DC-DC Wandlerzelle, hieraus aufgebaute rückspeisefähige DC-DC Wandlerschaltung und Verfahren zu deren Betrieb
JP6089677B2 (ja) * 2012-12-19 2017-03-08 富士通株式会社 電源装置

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5844399A (en) * 1996-07-26 1998-12-01 The University Of Toledo Battery charger control system
CN101401287A (zh) * 2006-03-22 2009-04-01 三菱电机株式会社 双向升降压dcdc转换器装置
US20070296383A1 (en) * 2006-06-27 2007-12-27 Ming Xu Non-Isolated Bus Converters with Voltage Divider Topology
DE102009008072A1 (de) * 2009-02-10 2010-08-19 Siemens Aktiengesellschaft Verwendung eines 3-Phasen-Moduls als Baueinheit zur Realisierung eines hochverfügbaren Hoch- und Tiefsetzstellers

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11063528B2 (en) 2013-03-14 2021-07-13 Solaredge Technologies Ltd. Generating an alternating-current voltage with a high frequency multi-level inverter
US11545912B2 (en) 2013-03-14 2023-01-03 Solaredge Technologies Ltd. High frequency multi-level inverter
US11742777B2 (en) 2013-03-14 2023-08-29 Solaredge Technologies Ltd. High frequency multi-level inverter
US10680505B2 (en) 2014-03-26 2020-06-09 Solaredge Technologies Ltd. Multi-level inverter
US10680506B2 (en) 2014-03-26 2020-06-09 Solaredge Technologies Ltd. Multi-level inverter
US10700588B2 (en) 2014-03-26 2020-06-30 Solaredge Technologies Ltd. Multi-level inverter
US10886831B2 (en) 2014-03-26 2021-01-05 Solaredge Technologies Ltd. Multi-level inverter
US10886832B2 (en) 2014-03-26 2021-01-05 Solaredge Technologies Ltd. Multi-level inverter
US11296590B2 (en) 2014-03-26 2022-04-05 Solaredge Technologies Ltd. Multi-level inverter
US11632058B2 (en) 2014-03-26 2023-04-18 Solaredge Technologies Ltd. Multi-level inverter
US11855552B2 (en) 2014-03-26 2023-12-26 Solaredge Technologies Ltd. Multi-level inverter
CN114270685A (zh) * 2019-08-21 2022-04-01 松下知识产权经营株式会社 Dc/dc转换装置

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KR101837777B1 (ko) 2018-03-12
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