CN104348358A - 功率电源转换方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种功率电源转换方法及装置，其中装置包括DC/DC变换器，所述DC/DC变换器具有输入端和输出端，所述DC/DC变换器将与其输入端连接的直流输入电源进行变换，由输出端输出一组转换电源，所述转换电源与直流输入电源进行串联或并联组合后形成输出电源。本发明的功率电源转换装置，可以产生与输入电源的电压值或供电型式不同输出电源，且结构简单，可靠性高，成本低。

Description

功率电源转换方法及装置
技术领域
本发明涉及一种功率电源变换技术领域，特别是涉及通过对DC/DC变换输出电源的组合，实现不同电压值或电压型式的功率电源转换方法及装置。
背景技术
近年来，工业、电力和交通运输等领域对电气设备的性能水平和节能环保需求日益提高，同时自动化技术和电力电子器件技术得到快速发展，电机调速系统、逆变电源系统、焊机电源系统等电力电子功率变换产品得到快速的推广和应用。这些电力电子功率变换产品，因特定的控制需要，其控制驱动装置经常将供电电源进行一定功率变换，例如产生更高的直流供电电压、多电平电源或具有公共参考电位的双极性电源等。
例如在电动汽车用驱动电机系统的应用中，其关键零部件—动力电池和驱动电机系统的性能、重量等指标对车辆整体性能具有非常重要的影响。因电池的自身特点，电动汽车的动力电池一般输出的直流电压比较低，但较高电压等级的驱动电机系统，可以实现的比较优化性能，所以有必要对动力电池的供电电压进行合理的功率组合变换，产生更高电压提供驱动电机。解决这一要求的传统的方案是在低压供电电源和高压用电单元之间直接串联一个DC/DC变换器，如图1所示，但该方案的缺点是升压DC/DC变换器功率大，造成其成本高、可靠性低。
另外对于一些电路拓扑结构应用，例如半桥式的逆变电源、星型带中线的电机驱动器、IGBT串联的高压多电平变换器等，一般需要采用多电平电源或具有公共参考电位的双极性电源，特别是有公共参考电位的双极性输出电源有较多应用需求，以前比较传统的解决方案是采用裂相电容，产生一个公共参考电位端，如图2所示，但该方案要求其所供电的负载的上下桥臂比较均衡，否则会造成中点的偏移，甚至造成装置的损坏。为提高该技术方案的电源的可靠性，技术人员一般会采取多只电容串联提高耐压的方法进行保护，或对双极性电源的中点进行检测，当偏移时降低负载电流甚至关闭负载进行保护，无论哪种方法都是以降低系统性能、提高产品成本为代价。对于负载波动过大的应用场合，设计者只能采用二路独立的电源进行串联产生双极性电源的公共端，但该方案的系统结构复杂，成本较高。
有鉴于上述现有的电源转换存在的缺陷，本发明人积极加以研究创新，以期创设一种新颖的功率电源转换方法及装置，以解决现有技术存在的不足。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种功率电源转换装置，可以产生与输入电源的电压值或供电型式不同输出电源，且结构简单，可靠性高，成本低。
为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
功率电源转换装置，包括DC/DC变换器，所述DC/DC变换器具有输入端和输出端，所述DC/DC变换器将与其输入端连接的直流输入电源进行变换，由输出端输出一组转换电源，所述转换电源与直流输入电源进行串联或并联组合后，形成电压值或供电型式不同的输出电源。
作为优选，所述DC/DC变换器为隔离式DC/DC变换器或非隔离式DC/DC变换器。
作为优选，所述DC/DC变换器为升压型DC/DC变换器或降压型DC/DC变换器。
作为优选，所述DC/DC变换器的输入电压和输出电压的极性相同或相反。
作为优选，所述DC/DC变换器为单向DC/DC变换器或双向DC/DC变换器。即DC/DC变换器能量变换方向可以是输入与输出的单方向或输入与输出的双方向。
作为优选，所述输出电源为高于输入电源的升压输出电源、串联多电位的级联电源或具有公共参考电位的双极性输出电源。
本发明的另一目的为提供一种功率电源转换方法，该方法可以产生与输入电源的电压值或供电型式不同输出电源。实现上述目的的技术方案如下：
功率电源转换方法，其采用DC/DC变换器，所述DC/DC变换器具有输入端和输出端，所述DC/DC变换器将与其输入端连接的直流输入电源进行变换，由输出端输出一组转换电源，将所述转换电源与直流输入电源进行串联或并联组合后，获得电压值或供电型式不同的输出电源。
作为优选，所述DC/DC变换器为隔离式DC/DC变换器或非隔离式DC/DC变换器。
作为优选，所述DC/DC变换器为升压型DC/DC变换器或降压型DC/DC变换器。
作为优选，所述DC/DC变换器的输入电压和输出电压的极性相同或相反。
作为优选，所述DC/DC变换器为单向DC/DC变换器或双向DC/DC变换器。即DC/DC变换器能量变换方向可以是输入与输出的单方向或输入与输出的双方向。
作为优选，所述输出电源为高于输入电源的升压输出电源、串联多电位的级联电源或具有公共参考电位的双极性输出电源。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
本发明的功率电源转换装置通过对直流输入电源和该电源经过内置DC/DC变换器产生的转换电源进行组合，得到不同于直流输入电源电压的装置输出电源。且本发明的功率电源转换装置结构简单，可靠性高，成本低。
附图说明
图1为传统的升压电源变换器的结构示意图；
图2为采用裂相电容的双极性电源的结构示意图；
图3为本发明的功率电源转换装置的组合式升压变换的结构示意图；
图4为本发明的功率电源转换装置的组合式双极性电源的结构示意图；
图5为本发明的功率电源转换装置的一种实施例，隔离式DC/DC串联升压转换装置；
图6为本发明的功率电源转换装置的另一种实施例，非隔离反向型DC/DC串联的双极性转换装置；
图7为本发明的功率电源转换装置的实施例3，非隔离同向型DC/DC并联的双极性转换装置；
图8为本发明的功率电源转换装置的实施例4，双向传输DC/DC的双极性转换装置。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细描述，但不作为对本发明的限定。
功率电源转换装置，包括DC/DC变换器，所述DC/DC变换器具有输入端和输出端，所述DC/DC变换器将与其输入端连接的直流输入电源进行变换，由输出端输出一组转换电源，所述转换电源与直流输入电源进行串联或并联组合后，形成电压值或供电型式不同的输出电源。
本发明的功率电源转换装置通过对直流输入电源和DC/DC变换器输出的转换电源进行并联或串联组合获得输出电源，产生的输出电源可以高于直流输入电压，实现装置的升压变换功能。因为升压后输出功率包含直流输入电源直接传输的功率和DC/DC变换器输出的转换电源的功率二部分，所以该功率电源转换装置可以用较小功率的DC/DC变换器实现更大功率的升压变换。另外，通过上述的组合还可以构成串联多电位的级联电源装置或具有公共参考电位的双极性输出电源装置。其中具有公共参考电位的双极性输出电源装置输出的双极性电压可以是电压值相等的对称型输出，或电压值不等的不对称型输出。且当具有公共参考电位的双极性输出电源装置的双极性对称负载发生波动时，功率电源转换装置内部的DC/DC变换器将进行调节，从而可以保证装置输出的双极性电源电压保持平衡。
图3为本发明的功率电源转换装置的组合式升压变换的结构示意图；因为其输出功率包含装置输入电源直接传输的功率和经过DC/DC变换的功率二部分，所以该升压转换装置可以用较小功率DC/DC变换器实现更大的升压变换，提高了转换装置的可靠性。图4为本发明的功率电源转换装置的组合式双极性电源的结构示意图。因为双路电源都具有独立的功率输出能力，所以能够解决普通裂相电源所存在的中点偏移问题。本发明的技术方案的系统结构简单，可靠性高，成本低。
实施例1：
图5为本发明的功率电源转换装置的一种实施例，具体为隔离式DC/DC串联升压转换装置。参见图5，其DC/DC变换器采用隔离式DC/DC变换器，隔离式DC/DC变换器输出电压通过与直流输入电源的电压进行串联，构成升压转换装置。
该实施例中的DC/DC变换器以转换装置的直流输入电源U1作为输入，因该DC/DC变换器为输入输出隔离方式，所以其输出的电压UC和转换装置的直流输入电源U1之间没有电气关系，二路电源可以通过串联得到直流输出电源UO，显然UO的电压值等于直流输入电源U1和DC/DC变换器输出的转换电源UC两者的电压之和。
因为该转换装置的直流输出电源UO是由二路电源通过串联产生，所以其输出功率为二路电源的输出功率之和，并与相应的电压值成正比关系。
由本实施例可以看出，通过本发明获得的升压电源转换装置，输出功率大于内置的DC/DC变换器功率。
实施例2：
图6为本发明的功率电源转换装置的另一种实施例，具体为非隔离反向型DC/DC串联的双极性转换装置。
该实施方式采用的DC/DC变换器如图中线框所示，是由一只功率开关T、功率二极管D和一只电感L构成。其工作原理为当功率开关T导通时，转换装置的直流输入电源U1加到电感L二端，使流过该电感的电流上升，电感进行储能。当功率开关T断开时，电感L通过功率二极管D续流，并为电容C2充电，电感L储存的部分能量转移到电容C2上。功率开关T按照一定规律进行导通和关断，则可以在电容C2上形成稳定的电压输出，这种DC/DC转换方式为非隔离方式，而且可以获得与输入电压极性反向的输出电压。
按照图6中的组合方式，将DC/DC输出的转换电源UC和直流输入电源U1进行串联，即可获得所需的双极性输出电源，其中正极性电源电压等于输入直流电源电压U1，负极性电源等于DC/DC变换器输出电压UC，根据DC/DC变换器输入输出变换比例的不同，双极性电源的二个电压值可以相等，也可以不相等。
实施例3：
图7为本发明的功率电源转换装置的实施例3，具体为非隔离同向型DC/DC并联的双极性转换装置。
该实施方式所采用的DC/DC变换器的电路结构如图中线框所示，是由一只功率开关T、功率二极管D和一只电感L构成。其工作原理为当功率开关T导通时，转换装置的直流输入电源U1加到电感L二端，使流过该电感的电流上升，电感进行储能。当功率开关T断开时，电感L通过功率二极管D续流，并为电容C3充电，电感L储存的部分能量转移到电容C3上。功率开关T按照一定规律进行导通和关断，则可以在电容C3上形成稳定的电压UC输出,因该变换为BOOST拓扑原理，所以UC一定大于U1，即这种DC/DC转换方式为非隔离式升压变换。
按照图7中的组合方式，将DC/DC输出电压UC和直流输入电压UI进行并联，即可获得所需的双极性输出电源，其中正极性电源电压等于UC和UI的差，负极性电源等于输入直流电源电压UI。当合理选择DC/DC变换器的变换比例，可以使双极性电源输出的电压值相等或者不相等。
实施例4：
图8为本发明的功率电源转换装置的实施例4，具体为双向传输DC/DC的双极性转换装置。
该实施例采用了可双向传输的DC/DC变换器，具体电路结构如图中线框所示，由二只功率开关T、二只功率二极管D和一只电感L构成。其工作原理是由功率开关T1、功率二极管D2和电感L可以构成Buck电路，产生低于输入电压UI的输出电压UC；同时该DC/DC变换器中的T2、D1和电感L则可以构成由UC到UI的Boost电路，将输出侧UC的能量反馈回输入电源U1。
如图8所示，DC/DC输出电压UC和直流输入电压U1进行并联，即可获得所需的双极性输出电源，其中正极性电源电压等于U1和UC的差，负极性电源等于输入直流电源电压UC。当合理选择DC/DC变换器的变换比例，可以使双极性电源输出的电压值相等或者不相等。
本发明的功率电源转换方法的技术方案如下：功率电源转换方法，其采用DC/DC变换器，所述DC/DC变换器具有输入端和输出端，所述DC/DC变换器将与其输入端连接的直流输入电源进行变换，由输出端输出一组转换电源，将所述转换电源与直流输入电源进行串联或并联组合后，获得电压值或供电型式不同的输出电源。
显而易见，上述任一实施例所述的功率电源转换装置均可用来实现本发明的转换方法。本发明方法简单、可靠性，实现的成本低。
以上实施例仅为本发明的示例性实施例，不用于限制本发明，本发明的保护范围由权利要求书限定。本领域技术人员可以在本发明的实质和保护范围内，对本发明做出各种修改或等同替换，这种修改或等同替换也应视为落在本发明的保护范围内。

Claims (12)

1.功率电源转换装置，其特征在于，包括DC/DC变换器，所述DC/DC变换器具有输入端和输出端，所述DC/DC变换器将与其输入端连接的直流输入电源进行变换，由输出端输出一组转换电源，所述转换电源与直流输入电源进行串联或并联组合后，形成电压值或供电型式不同的输出电源。
2.根据权利要求1所述的功率电源转换装置，其特征在于，所述DC/DC变换器为隔离式DC/DC变换器或非隔离式DC/DC变换器。
3.根据权利要求1所述的功率电源转换装置，其特征在于，所述DC/DC变换器为升压型DC/DC变换器或降压型DC/DC变换器。
4.根据权利要求1所述的功率电源转换装置，其特征在于，所述DC/DC变换器的输入电压和输出电压的极性相同或相反。
5.根据权利要求1所述的功率电源转换装置，其特征在于，所述DC/DC变换器为单向DC/DC变换器或双向DC/DC变换器。即DC/DC变换器能量变换方向可以是输入与输出的单方向或输入与输出的双方向。
6.根据权利要求1所述的功率电源转换装置，其特征在于，所述输出电源为高于输入电源的升压输出电源、串联多电位的级联电源或具有公共参考电位的双极性输出电源。
7.功率电源转换方法，其特征在于，其采用DC/DC变换器，所述DC/DC变换器具有输入端和输出端，所述DC/DC变换器将与其输入端连接的直流输入电源进行变换，由输出端输出一组转换电源，将所述转换电源与直流输入电源进行串联或并联组合后，获得电压值或供电型式不同的输出电源。
8.根据权利要求7所述的功率电源转换方法，其特征在于，所述DC/DC变换器为隔离式DC/DC变换器或非隔离式DC/DC变换器。
9.根据权利要求7所述的功率电源转换方法，其特征在于，所述DC/DC变换器为升压型DC/DC变换器或降压型DC/DC变换器。
10.根据权利要求7所述的功率电源转换方法，其特征在于，所述DC/DC变换器的输入电压和输出电压的极性相同或相反。
11.根据权利要求7所述的功率电源转换方法，其特征在于，所述DC/DC变换器为单向DC/DC变换器或双向DC/DC变换器。即DC/DC变换器能量变换方向可以是输入与输出的单方向或输入与输出的双方向。
12.根据权利要求7所述的功率电源转换方法，其特征在于，所述输出电源为高于输入的升压输出电源、串联多电位的级联电源或具有公共参考电位的双极性输出电源。
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