CN103814492B - 用于混合系统的dc/dc转换器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种DC/DC转换器(100)，该DC/DC转换器(100)包括控制单元(105)，该控制单元(105)被设计为控制电压变化装置(106)，所述电压变化装置(106)包括多个可变电压调节器电路(10)，每个可变电压调节器电路由切换信号控制，其特征在于，所述可变电压调节器电路(10)被一起分组在几个模块(101，102，103，104)中，每个模块由控制单元(105)发送的控制信号(CMD1，CMD2，CMD3，CMD4)来控制，并且其特征在于一个和相同模块的可变电压调节器电路(10)的切换信号相对于彼此不同相，并且其特征还在于模块(101，102，103，104)的控制信号(CMD1，CMD2，CMD3，CMD4)也相对于彼此不同相。
Description
技术领域
本发明涉及一种DC/DC转换器，其包括被配置为控制电压变化装置的控制单元，所述电压变化装置包括多个可变电压调节器电路，每个由切换信号控制。
背景技术
本发明涉及一种用于混合系统的DC/DC转换器。该混合系统1，如图1所示，包括燃料电池堆2，即多个串联连接的电化学电池。该燃料电池堆2由例如氢之类的还原燃料和例如氧之类的氧化剂供电。还原燃料和氧化剂之间的反应产生燃料电池电压。来自还原燃料和氧化剂之间的反应的气体可通过配有再循环泵的再循环回路排走。混合系统1还包括储存能量的装置6，例如一个或多个电池。在其余的描述中，该储存电能的装置将被假定为电池6，但并不排除使用多个电池。该电池6提供电池电压，并被并联连接到燃料电池堆2，从而使得燃料电池堆2和电池6都连接到可变负载8。该可变负载8可以例如为汽车引擎。
该混合系统1因此包括DC/DC转换器4，也称为升压或增压和/或降压转换器，其包括两个输入和两个输出。燃料电池堆2的输出连接到DC/DC转换器4的两个输入，这因此意味着由燃料电池堆2供给的电压进入DC/DC转换器4。可变负载8和电池6的连接点被连接到DC/DC转换器4的两个输出。DC/DC转换器4还被配置来控制混合系统1，直至DC/DC转换器4能够适应燃料电池堆2以及电池6的电压和电流水平。类似地，DC/DC转换器可以调节由燃料电池堆2输送的功率。
实际上DC/DC转换器4的作用是控制混合系统1从而使得电池6和燃料电池堆2一起工作以便为负载8供电。DC/DC转换器的功能还可以为在负载和电池之间分配由燃料电池堆提供的功率，该负载在汽车应用中为电动机，从而将电池电荷水平维持在确定的水平。混合系统1的控制当然受到约束，这些约束是燃料电池堆2的电压和电流限制、电池6的电压和电流限制、电池6的充电状态限制、必须不能超过的温度限制等。
在图2中可见，已知这种类型的DC/DC转换器4包括至少一个可变电压调节器电路10，可变电压调节器电路10包括在第一滤波电容11上的输入口，第一滤波电容11并联连接到地，并经过线圈12串联连接到二极管14。开关装置13被并联在线圈12和二极管14之间的连接点上，并连接到地。二极管14的输出被连接到一输出(并联连接到地的第二滤波电容11被布置在该输出处)。开关装置13可以为例如晶体管，其通过控制信号受到频率控制。
这种DC/DC转换器的一个缺陷是体积较大，因为DC/DC转换器占用的空间与其功率成比例。实际上，这种类型的DC/DC转换器的功率与元件阻抗相关联。线圈或电容器的阻抗与频率和所述线圈和电容器的值相联系。在确定的频率下，电容器的电容值和线圈的电感值必须增加以增大阻抗。这随后导致元件尺寸的增加，并因此而导致DC/DC转换器尺寸的增加，更不用说会导致成本的增长。
发明内容
因此本发明的一个目的是提供一种克服了现有技术缺陷的DC/DC转换器，即通过提供一种DC/DC转换器，其占空间更小且造价更低，却能提供至少相同的效率。
本发明因此涉及一种DC/DC转换器，该DC/DC转换器包括控制单元，该控制单元被配置为控制电压变化装置，所述电压变化装置包括多个可变电压调节器电路，每个可变电压调节器电路由切换信号控制，其特征在于，所述可变电压调节器电路被一起分组在几个模块中，每个模块由控制单元发送的控制信号来控制，并且其特征在于，相同模块的可变电压调节器电路的切换信号相对于彼此被相移，并且其特征在于，模块的控制信号也相对于彼此而相移。
本发明转换器的优选实施例构成从属权利要求的主题。
在第一优选实施例中，相同模块的可变电压调节器电路的切换信号相对于彼此被相移T/4。
在第二优选实施例中，模块的控制信号相对于彼此被相移T/16。
在另一优选实施例中，每个可变电压调节器电路包括在第一滤波电容上的输入口，第一滤波电容并联连接到地，并经过线圈依次串联连接到二极管，开关装置被并联在线圈和二极管之间的连接点处，并被连接到地，二极管的输出被连接到一输出(并联连接到地的第二滤波电容被布置在该输出处)。
本发明还涉及一种混合系统，该混合系统包括经DC/DC转换器连接到可变负载的燃料电池堆，所述混合系统还包括连接到DC/DC转换器和可变负载的能量储存装置，其特征在于，所述DC/DC转换器为根据前述任一权利要求的DC/DC转换器。
附图说明
根据本发明的转换器的目的，优点和特征将在下面本发明的至少一个实施例的详细描述中更加清楚地显现，仅通过非限制性的示例和附图所示的方式给出，其中：
-图1为一已知混合系统的示意图。
-图2为一已知可变电压调节器电路的示意图。
-图3为根据本发明的DC/DC转换器的示意图。
具体实施方式
图3中的DC/DC转换器100包括控制单元105，其被配置为控制电压变化装置106。该装置106包括主输入(I)和主输出(O)。在图3的例子中，在说明书的其余部分中将用到的，DC/DC转换器100为DC/DC升压转换器。
该装置106包括几个如上所述的升压电路10。显然可变电压调节器电路10包括在第一滤波电容11上的输入口，第一滤波电容11并联连接到地，并经过线圈12依次串联连接到二极管14。开关装置13被并联在线圈12和二极管14之间的连接点处，并连接到地。二极管14的输出被连接到一输出(并联连接到地第二滤波电容11被布置在该输出处。开关装置13为MOSFET或双极或IGBT晶体管，通过控制单元105和切换信号被频率控制。
有利地根据本发明，升压电路10以至少一个模块101，102，103，104的形式被分组在一起。特别地，电压变化装置106包括并联的四个模块101，102，103，104，每个模块包括四个并联连接的升压电路10。每个模块101，102，103，104包括一个输入E1，E2，E3，E4和一个输出S1，S2，S3，S4，输出E1，E2，E3，E4被连接到主输入(I)，且输出S1，S2，S3，S4被连接到主输出(O)。每个模块101，102，103，104由控制单元105通过控制信号CMD1，CMD2，CMD3，CMD4来控制。
这样的结构使得以相移的方式来控制电压变化装置106成为可能。
首先，每个模块101，102，103，104的可变电压调节器电路10优选为受到频率控制以便相对于彼此被相移。这意味着一个模块101，102，103，104的所有可变电压调节器电路10同时接收切换信号，该切换信号作用于每个电路10的切换装置13，并源自控制单元105，但控制信号相对于彼此被相移。这使得可变电压调节器电路10的切换装置13能够在不同的时间切换。在当前的例子中每个模块101，102，103，104包括四个升压电路10，控制信号相对于彼此被相移T/4。该相移使得在切换信号的一个周期内实际上切换四次成为可能。因此通过元件例如电容11看到的频率为乘以四倍。
其次，存在模块101，102，103，104的事实意味着每个模块101，102，103，104必须通过控制信号CMD1，CMD2，CMD3，CMD4相继被选择，从而使得在一个给定的时刻仅有一个模块101，102，103，104被激活。本发明还优选为建议相对于彼此而相移控制信号CMD1，CMD2，CMD3，CMD4。在四个模块101，102，103，104的例子中，相对于彼此的相移为T/16。这使得进一步成倍增加由电容11看出的实际频率成为可能。
实际上，控制信号CMD1被发送到第一模块101以启动所述模块101的电路10的切换装置13的切换。然后，相对于控制信号CMD1相移T/16，控制信号CMD2被发送到第二模块102以启动所述模块102的电路10的切换装置13的切换。被发送到第三模块103的控制信号CMD3具有相对于控制信号CMD2T/16的相移，以启动所述模块103的电路10的切换装置13的切换。最后，具有相对于控制信号CMD3T/16相移的控制信号CMD4被发送到第四模块104。
因此，在四分之一周期内，控制信号CMD1，CMD2，CMD3，CMD4全部被发送到模块101，102，103，104。由于每个模块的电路10的切换装置13的切换也是相移的，通过电容11看出的频率是倍增的。在当前的例子中具有四个模块101，102，103，104，每个具有四个可变电压调节器电路10，通过电容11看出的实际频率被乘以16。例如，如果通过控制单元105发送的信号频率为100kHz，那么实际频率为1.6GHz。当然，DC/DC转换器100的操作频率将取决于用于其的元件的工艺。
因此，如果频率增加，则电容11的值可以降低。由于这些元件的尺寸与它们的值成比例，具有更低的值和占据更小的表面积元件使得减小DC/DC转换器100的尺寸成为可能。这一节约对于增加数目的可变电压调节器电路10来说足够大，并不会引起问题。
显然本领域技术人员将很清楚，在不脱离本发明范围的情况下，可对说明书中描述的发明的各种实施例作出各种变形和/或改进。
Claims (6)
1.一种DC/DC转换器(100)，该DC/DC转换器(100)包括控制单元(105)，该控制单元(105)被配置为控制电压变化装置(106)，所述电压变化装置(106)包括多个可变电压调节器电路(10)，每个可变电压调节器电路由切换信号控制，其特征在于，所述可变电压调节器电路(10)被一起分组在几个模块(101，102，103，104)中，每个模块由控制单元(105)发送的控制信号(CMD1，CMD2，CMD3，CMD4)来控制，并且其特征在于，相同模块的可变电压调节器电路(10)的切换信号相对于彼此被相移，并且其特征在于，所述模块(101，102，103，104)的控制信号(CMD1，CMD2，CMD3，CMD4)也相对于彼此被相移，并且所述切换信号由相同模块的可变电压调节器电路中的每个可变电压调节器电路同时接收。
2.根据权利要求1所述的DC/DC转换器(100)，其特征在于，相同模块的可变电压调节器电路(10)的切换信号相对于彼此被相移T/4。
3.根据权利要求1所述的DC/DC转换器(100)，其特征在于，所述模块(101，102，103，104)的控制信号(CMD1，CMD2，CMD3，CMD4)相对于彼此被相移T/16。
4.根据权利要求2所述的DC/DC转换器(100)，其特征在于，所述模块(101，102，103，104)的控制信号(CMD1，CMD2，CMD3，CMD4)相对于彼此被相移T/16。
5.根据权利要求1所述的DC/DC转换器(100)，其特征在于，每个可变电压调节器电路(10)包括在第一滤波电容(11)上的输入口，所述第一滤波电容(11)并联连接到地，并经过线圈(12)依次串联连接到二极管(14)，开关装置(13)并联在线圈和二极管之间的连接点处，并被连接到地，所述二极管的输出被连接到布置有并联连接到地的第二滤波电容处的输出。
6.一种混合系统，该混合系统包括经DC/DC转换器连接到可变负载(8)的燃料电池堆(2)，所述混合系统(1)还包括连接到所述DC/DC转换器和所述可变负载(8)的能量储存装置(6)，其特征在于，所述DC/DC转换器为根据权利要求1所述的DC/DC转换器(100)。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |