CN109861528B - 一种dc-dc变换器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种DC‑DC变换器，可以通过低压侧开关管和高压侧开关管控制电流在电路中的电流方向，解决在电路中由于功率开关管短路时燃料电池在放电过程中的反向充电现象出现，以及当所述下桥臂功率开关产生短路故障时利用SI‑IGBT快速关断控制技术将有故障SIC‑MOSFET快速切除主电路，以避免其他功率器件损坏，从而解决现有技术中因功率开关管短路带来的安全隐患。

Description

一种DC-DC变换器

技术领域

本发明涉及新能源技术领域，具体为一种DC-DC(直流-直流)变换器。

背景技术

燃料电池作为新能源汽车的动力来源，由于燃料电池输出特性偏软，其动态响应慢、输出电压随输出电流的变化较大等原因，需在燃料电池的输出端增加DC-DC变换器。DC-DC变换器作为燃料电池与电驱动系统之间的桥梁，是燃料电池发电系统的核心关键部件之一，其性能直接影响着燃料电池的应用。

现有的DC-DC变换器的大多采用交错并联Boost升压电路或者Buckt升降压电路技术方案实现DC-DC变换。在现有技术中的DC-DC变换器，一旦采用的交错并联Boost升压电路或者Buckt升降压电路中的某一个开关管短路或者失效时，与短路开关管串联的电感的电流逐渐上升至很大值，直到电器元件烧毁，以及DC-DC变换器的高压侧将向低压侧反向充电，致使燃料电池因为放电过程中的反向充电出现损坏，综上所述，采用现有技术的DC-DC变换器，当DC-DC变换器中有功率开关管损坏时，装有燃料电池发电系统的电动汽车上会存在安全隐患。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种DC-DC变换器，以解决现有技术中采用交错并联Boost升压电路或者Buckt升降压电路中的某一个开关管短路或者失效时，燃料电池会因为放电过程中的反向充电出现损坏带来的安全隐患的目的。

为实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

第一方面公开了一种DC-DC变换器，包括：低压侧功率接口(1)、低压侧开关管(2)、N相交错并联Boost升压电路(35)、高压侧开关管(32)、高压侧功率接口(33)和控制电路(34)；

所述低压侧开关管(2)的发射极与所述低压侧功率接口(1)相连，所述低压侧开关管(2)的集电极与所述N相交错并联Boost升压电路(35)的第一端相连，所述低压侧开关管(2)的基极与所述控制电路(34)相连，所述控制电路(34)通过所述低压侧开关管(2)控制所述低压侧功率接口(1)至所述N相交错并联Boost升压电路(35)的电流方向，其中，所述N相交错并联Boost升压电路(35)中至少一半桥臂上串联两个开关管，一个为功率开关管，一个为保护开关管，当所述N相交错并联Boost升压电路(35)中的一功率开关管发生短路，所述功率开关管串联的所述保护开关管关断；

所述N相交错并联Boost升压电路(35)的第二端与所述低压侧功率接口(1)的另一端相连，所述N相交错并联Boost升压电路(35)的第三端与所述高压侧开关管(32)的集电极相连，所述N相交错并联Boost升压电路(35)的第四端与所述高压侧功率接口(33)的另一端相连；

所述N相交错并联Boost升压电路(35)的控制端与所述控制电路(34)相连；

所述高压侧开关管(32)的发射极与所述高压侧接口的一端相连；

当升压时，所述控制电路(34)控制所述低压侧开关管(2)常关断、所述高压侧开关管(32)常开通，所述N相交错并联Boost升压电路(35)升压；

当降压时，所述控制电路(34)控制所述低压侧开关管(2)常开通，所述高压侧开关管(32)常关断，所述N相交错并联Boost升压电路(35)降压。

优选的，所述N相交错并联Boost升压电路(35)，包括：N个保护开关管、N个上桥臂功率开关、N个下桥臂功率开关管、N个功率电感、N个电流传感器、低压侧支撑电容(5)和高压侧支撑电容(27)；

所述N个保护开关管、所述N个上桥臂功率开关、所述N个下桥臂功率开关管和所述N个功率电感构成N相交错并联Boost升压电路的功率主电路；

每一所述下桥臂功率开关管串联一所述保护开关管；

所述N个功率电感的一端与所述低压侧支撑电容(5)的一端相连，并构成所述第一端，每一所述功率电感的另一端连接有电流传感器；

所述N个下桥臂功率开关管的发射极与所述低压侧支撑电容(5)的另一端相连，并构成所述第二端；

所述N个上桥臂功率开关管的集电极与所述高压侧电容(27)的另一端相连，并构成所述第三端；

所述N个下桥臂功率开关管的发射极与所述高压侧电容(27)的一端相连，构成了所述第四端；

所述控制电路(34)分别与所述N个电流传感器、所述N个上桥臂功率开关管、所述N个下桥臂功率开关管和所述N个保护开关管的控制端相连，所述控制电路(34)用于通过所述电流传感器采集流经所述N相交错并联Boost升压电路(35)的电流，以及向所述N个上桥臂功率开关管、所述N个下桥臂功率开关管和所述N个保护开关管发送控制信号。

优选的，所述低压侧开关管(2)、所述N个保护开关管和所述高压侧开关管(32)为硅绝缘栅型双极性晶体管。

优选的，所述N个上桥臂功率开关管和所述N个下桥臂功率开关管为碳化硅金属氧化物半导体场效应管。

优选的，还包括：低压侧Y电容(6)和高压侧Y电容(28)；

所述低压侧Y电容(6)与所述低压侧支撑电容(5)并联，用于抑制低压侧直流母线上的共模干扰；

所述高压侧Y电容(28)与所述高压侧支撑电容(27)并联，用于抑制高压侧直流母线上的共模干扰。

优选的，还包括：第一电压传感器(3)和第二电压传感器(31)；

所述第一电压传感器(3)设置在所述第一端与所述第二端之间，并与所述控制电路(34)相连，所述控制电路(34)通过所述第一电压传感器(3)采集所述第一端与所述第二端之间的电压；

所述第二电压传感器(31)设置在所述第三端与所述第四端之间，并与所述控制电路(34)相连，所述控制电路(34)通过所述第二电压传感器(31)用于采集所述第三端与所述第四端之间的电压。

优选的，还包括：第一电流传感器(4)和第二电流传感器(30)；

所述第一电流传感器(4)设置在所述低压侧开关管(2)与所述N相交错并联Boost升压电路(35)之间，并与所述控制电路(34)相连，所述控制电路(34)通过所述第一电流传感器(4)采集所述低压侧开关管(2)与所述N相交错并联Boost升压电路(35)之间的电流；

所述第二电流传感器(30)设置在所述N相交错并联Boost升压电路(35)与所述高压侧开关管(32)之间，并与所述控制电路(34)相连，所述控制电路(34)通过所述第二电流传感器(30)采集所述N相交错并联Boost升压电路(35)与所述高压侧开关管(32)之间的电流。

优选的，还包括：高压侧放电电阻(29)；

所述高压侧放电电阻(29)的两端连接在所述N相交错并联Boost升压电路(35)的第三端与第四端之间，用于在低压侧与燃料电池断开后以及高压侧与电驱动系统断开后，将低压侧支撑电容(5)和高压侧支撑电容(27)中剩余电荷泄放。

由上述内容可知，本发明公开的DC-DC变换器，将所述低压侧开关管的发射极与所述低压侧功率接口相连，所述低压侧开关管的集电极与所述N相交错并联Boost升压电路的第一端相连，所述低压侧开关管的基极与所述控制电路相连，所述控制电路通过所述低压侧开关管控制所述低压侧功率接口至所述N相交错并联Boost升压电路的电流方向，所述N相交错并联Boost升压电路的第二端与所述低压侧功率接口的另一端相连，所述N相交错并联Boost升压电路的第三端与所述高压侧开关管的集电极相连，所述N相交错并联Boost升压电路的第四端与所述高压侧功率接口的另一端相连，所述N相交错并联Boost升压电路的控制端与所述控制电路相连，所述高压侧开关管的发射极与所述高压侧接口的一端相连，当升压时，所述控制电路控制所述低压侧开关管常关断、所述高压侧开关管常开通，所述N相交错并联Boost升压电路升压，当降压时，所述控制电路控制所述低压侧开关管常开通，所述高压侧开关管常关断，所述N相交错并联Boost升压电路降压。通过上述公开的DC-DC变换器，低压侧开关管和高压侧开关管可以控制电路中电路的流向，从而解决现有技术中因功率开关管短路带来的安全隐患。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种DC-DC变换器结构示意图；

图2为本发明实施例提供的另一种DC-DC变换器结构示意图；

图3为本发明实施例提供的另一种DC-DC变换器结构示意图；

图4为本发明实施例提供的另一种DC-DC变换器结构示意图；

图5为本发明实施例提供的另一种DC-DC变换器结构示意图；

图6为本发明实施例提供的另一种DC-DC变换器结构示意图；

图7为本发明实施例提供的另一种DC-DC变换器结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本申请中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

如图1所示，为本发明实施例提供一种DC-DC变换器的电路结构示意图。该DC-DC变换器包括：低压侧功率接口1、低压侧开关管2、N相交错并联Boost升压电路35、高压侧开关管32、高压侧功率接口33和控制电路34。

所述低压侧开关管2的发射极与所述低压侧功率接口1相连，所述低压侧开关管2的集电极与所述N相交错并联Boost升压电路35的第一端相连，所述低压侧开关管2的基极与所述控制电路34相连，所述控制电路34通过所述低压侧开关管2控制所述低压侧功率接口1至所述N相交错并联Boost升压电路35的电流方向。

在具体实现中，低压侧开关管2和高压侧开关管32分别串联在低压侧直流母线和高压侧直流母线上，低压侧开关管2用于控制低压侧电流的单向流动和脉冲电流充电，高压侧开关管32用于控制高压侧电流的单向流动和脉冲电流充电。

所述N相交错并联Boost升压电路35中至少一半桥臂上串联两个开关管。这两个开关管一个为功率开关管，一个为保护开关管。当所述N相交错并联Boost升压电路35中的一功率开关管发生短路，所述功率开关管串联的所述保护开关管关断。

所述N相交错并联Boost升压电路35的第二端与所述低压侧功率接口1的另一端相连，所述N相交错并联Boost升压电路35的第三端与所述高压侧开关管32的集电极相连，所述N相交错并联Boost升压电路35的第四端与所述高压侧功率接口33的另一端相连。

所述N相交错并联Boost升压电路35的控制端与所述控制电路34相连。

所述高压侧开关管32的发射极与所述高压侧接口33的一端相连。

当升压时，所述控制电路34控制所述低压侧开关管2常关断、所述高压侧开关管32常开通，所述N相交错并联Boost升压电路35升压。

当降压时，所述控制电路34控制所述低压侧开关管2常开通，所述高压侧开关管32常关断，所述N相交错并联Boost升压电路35降压。

本发明实施例通过所述低压侧开关管的发射极与所述低压侧功率接口相连，所述低压侧开关管的集电极与所述N相交错并联Boost升压电路的第一端相连，所述低压侧开关管的基极与所述控制电路相连，所述控制电路通过所述低压侧开关管控制所述低压侧功率接口至所述N相交错并联Boost升压电路的电流方向，所述N相交错并联Boost升压电路的第二端与所述低压侧功率接口的另一端相连，所述N相交错并联Boost升压电路的第三端与所述高压侧开关管的集电极相连，所述N相交错并联Boost升压电路的第四端与所述高压侧功率接口的另一端相连，所述N相交错并联Boost升压电路的控制端与所述控制电路相连，所述高压侧开关管的发射极与所述高压侧接口的一端相连，当升压时，所述控制电路控制所述低压侧开关管常关断、所述高压侧开关管常开通，所述N相交错并联Boost升压电路升压，当降压时，所述控制电路控制所述低压侧开关管常开通，所述高压侧开关管常关断，所述N相交错并联Boost升压电路降压。通过上述公开的DC-DC变换器，低压侧开关管和高压侧开关管可以控制电路中电路的流向，从而解决现有技术中因功率开关管短路带来的安全隐患。

基于上述本发明实施例公开的DC-DC变换器，结合图1，如图2所示，所述N相交错并联Boost升压电路35，包括：N个保护开关管、N个上桥臂功率开关、N个下桥臂功率开关管、N个功率电感、N个电流传感器、低压侧支撑电容5和高压侧支撑电容27。

所述N个保护开关管、所述N个上桥臂功率开关、所述N个下桥臂功率开关管和所述N个功率电感构成N相交错并联Boost升压电路的功率主电路36。

每一所述下桥臂功率开关管串联一所述保护开关管。

需要说明的是，每个下桥臂功率开关管串联一个开关管，可以保证串联的功率开关出现故障或损坏时，可以通过控制电路控制当前相的开关管将该相电路切出出主电路。

优选的，可以在上桥臂串联一个保护开关管，也可以在上桥臂功率开关管和下桥臂功率开关管分别串联一个开关管。

所述功率电感的另一端与所述低压侧支撑电容5的一端相连，并构成所述第一端。

需要说明的是，当低压端输入或输出的电流和电压低于需要值时，低压侧支撑电容5提供输入所需的补偿电流和稳定输入输出侧的电压。

所述N个下桥臂功率开关管的发射极与所述低压侧支撑电容5的另一端相连，并构成第二端。

所述N个上桥臂功率开关管的集电极与所述高压侧电容27的另一端相连，并构成第三端。

需要说明的是，当高压侧输入或输出的电流和电压低于需求值时，高压侧支撑电容27提供输入或输出所需的补偿电流和稳定输入输出侧的电压。

所述N个下桥臂功率开关管的发射极与所述高压侧电容27的一端相连，构成了第四端。

所述N个电流传感器设置在所述N个功率电感与所述N个下桥臂功率开关管和所述N个上桥臂功率开关管之间的连接线上，所述N电流传感器与所述控制电路34相连，所述控制电路34通过所述电流传感器采集所述连接线上的电流。

所述控制电路34分别与所述N个上桥臂功率开关管、所述N个下桥臂功率开关管和所述N个保护开关管的控制端相连。

需要说明的是，本方案优选所述低压侧开关管2、所述N个保护开关管和所述高压侧开关管32为硅绝缘栅型双极性晶体管，但不仅限于此。

需要说明的是，本方案优选所述N个上桥臂功率开关管和所述N个下桥臂功率开关管为碳化硅金属氧化物半导体场效应管，但不仅限于此。

本发明实施例通过所述N个保护开关管、所述N个上桥臂功率开关、所述N个下桥臂功率开关管和所述N个功率电感构成N相交错并联Boost升压电路的功率主电路，每一所述下桥臂功率开关管串联一所述保护开关管，所述电感的另一端与所述低压侧支撑电容的一端相连，并构成所述第一端，所述N个下桥臂功率开关管的发射极与所述低压侧支撑电容的另一端相连，并构成第二端，所述N个上桥臂功率开关管的集电极与所述高压侧电容的另一端相连，并构成第三端，所述N个下桥臂功率开关管的发射极与所述高压侧电容的一端相连，构成了第四端，所述N个电流传感器设置在所述N个功率电感与所述N个下桥臂功率开关管和所述N个上桥臂功率开关管之间的连接线上，所述N电流传感器与所述控制电路相连，所述控制电路通过所述电流传感器采集所述连接线上的电流，所述控制电路分别与所述N个上桥臂功率开关管、所述N个下桥臂功率开关管和所述N个保护开关管的控制端相连。通过上述实施例公开的DC-DC变换器，在上桥臂开关管和下桥臂开关管之间串联保护开关管，从而解决现有技术中因功率开关管短路带来的安全隐患。

基于上述本发明实施例公开的DC-DC变换器，结合图1，如图3所示，所述N相交错并联Boost升压电路35，还包括：低压侧Y电容6和高压侧Y电容28。

所述低压侧Y电容6与所述低压侧支撑电容5并联，用于抑制低压侧直流母线上的共模干扰。

所述高压侧Y电容28与所述高压侧支撑电容27并联，用于抑制高压侧直流母线上的共模干扰。

本发明实施例还包括低压侧Y电容6和高压侧Y电容28，所述低压侧Y电容6与所述低压侧支撑电容5并联，所述高压侧Y电容28与所述高压侧支撑电容27并联。通过上述公开的DC-DC变换器，可以解决低压侧直流母线上的共模干扰和高压侧直流母线上的共模干扰。

基于上述本发明实施例公开的DC-DC变换器，结合图1，如图4所示，所述DC-DC变换器还包括：第一电压传感器3和第二电压传感器31。

所述第一电压传感器3设置在所述第一端与所述第二端之间，并与所述控制电路34相连，所述控制电路34通过所述第一电压传感器3采集所述第一端与所述第二端之间的电压。

所述第二电压传感器31设置在所述第三端与所述第四端之间，并与所述控制电路34相连，所述第二控制电路34通过所述电压传感器31用于采集所述第三端与所述第四端之间的电压。

需要说明的是，第二电压传感器31可以检测出当前电路中电压值，将采集到的电压值传输到控制电路中，控制电路34可以通过控制算法控制上桥臂功率开关管、保护开关管、下桥臂功率开关管、低压侧开关管2和高压侧开关管32实现升压或降压的双向流动。

本发明实施例通过将所述电压传感器设置在所述第一端与所述第二端之间，并与所述控制电路相连，所述控制电路通过所述电压传感器采集所述第一端与所述第二端之间的电压，所述电压传感器设置在所述第三端与所述第四端之间，并与所述控制电路相连，所述控制电路通过所述电压传感器用于采集所述第三端与所述第四端之间的电压。通过上述实施例公开的DC-DC变换器，采集低压侧的电压和高压侧的电压，并将采集到的电压值传输到控制电路中，可以让控制电路通过控制算法控制上桥臂开关管、保护开关管、下桥臂功率开关管、低压侧开关管和高压侧开关管实现升压或降压的双向流动，从而解决现有技术中因功率开关管短路带来的安全隐患。

基于上述本发明实施例公开的DC-DC变换器，结合图1，如图5所示，所述DC-DC转换器，还包括：第一电流传感器4和第二电流传感器30。

所述第一电流传感器4设置在所述低压侧开关管2与所述N相交错并联Boost升压电路35之间，并与所述控制电路34相连，所述控制电路34通过所述第一电流传感器4采集所述低压侧开关管2与所述N相交错并联Boost升压电路35之间的电流。

所述第二电流传感器30设置在所述N相交错并联Boost升压电路35与所述高压侧开关管32之间，并与所述控制电路34相连，所述控制电路34通过所述第二电流传感器30采集所述N相交错并联Boost升压电路35与所述高压侧开关管32之间的电流。

需要说明的是，第一电流传感器4和第二电流传感器30可以检测出当前电路中电流值，将采集到的电流值传输到控制电路中，控制电路34可以控制已连接好低压电源和高压电源选定升压或降压模式运行期间的电流单向流动。

本发明实施例通过将所述电流传感器设置在所述低压侧开关管与所述N相交错并联Boost升压电路之间，并与所述控制电路相连，所述控制电路通过所述电流传感器采集所述低压侧开关管与所述N相交错并联Boost升压电路之间的电流，所述电流传感器设置在所述N相交错并联Boost升压电路与所述高压侧开关管之间，并与所述控制电路相连，所述控制电路通过所述电流传感器采集所述N相交错并联Boost升压电路与所述高压侧开关管之间的电流。通过上述公开的DC-DC转换器，采集低压侧的电流和高压侧的电流，并将采集到的电流值传输到控制电路中，可以让控制电路控制已连接好低压电源和高压电源选定升压或降压模式运行期间的电流单向流动，通过串联在低压侧或高压侧的SI-IGBT开关管，实现了能量的单向流动和防反充电功能，进而保护了燃料电池不被损坏，从而解决现有技术中因功率开关管短路带来的安全隐患。

基于上述本发明实施例公开的DC-DC变换器，结合图1，如图6所示，所述DC-DC转换器，还包括：高压侧放电电阻29。

所述高压侧放电电阻29的两端连接在所述N相交错并联Boost升压电路35的第三端与第四端之间，用于在低压侧与燃料电池断开后以及高压侧与电驱动系统断开后，将低压侧支撑电容5和高压侧支撑电容27中剩余电荷泄放。

需要说明的是，当该电路中的电源断电后，低压侧支撑电容5和高压侧支撑电容27中都还存储了部分电荷，若需要对该电路维修，会引起触电，因此需要将低压侧支撑电容5和高压侧支撑电容27剩余电荷泄放，从而达到安全的目的。

本发明实施例通过将高压侧放电电阻两端连接在所述N相交错并联Boost升压电路的第三端与第四端之间，在低压侧与燃料电池断开后以及高压侧与电驱动系统断开后，将低压侧支撑电容和高压侧支撑电容中剩余电荷泄放。通过上述DC-DC转换器，高压侧放电电阻将低压侧支撑电容和高压侧支撑电容中剩余电荷泄放，可以防止触电事故发生。

在上述本发明实施例公开的DC-DC变换器中具有N相交错并联Boost升压电路，这里以4相交错并联Boost升压电路，其中在N个下桥臂上串联N个保护开关管为例，对具有4相交错并联Boost升压电路的DC-DC变换器的结构以及工作过程进行详细说明。

如图7所示，DC-DC变换器电路由以下部分组成：低压侧功率接口1、低压侧开关管2、低压侧电压传感器3、低压侧电流传感器4、低压侧支撑电容5、低压侧Y电容6、功率电感7-10、与电流传感器11-14、上桥臂功率开关管15-18、保护开关管19-22、下桥臂功率开关23-26、高压侧支撑电容27、高压侧Y电容28、高压侧放电电阻29、高压侧电流传感器30、高压侧电压传感器31、高压侧开关管32、高压侧功率接口33和控制电路34。其中低压侧开关管2、保护开关管19-22、高压侧开关管32为SI-IGBT、上桥臂功率开关管15-18、下桥臂功率开关23-26为SIC-MOSFET。

所述低压侧支撑电容5、功率电感7-10、上桥臂功率开关管15-18、保护开关管19-22、下桥臂功率开关23-26、高压侧支撑电容27一起组成四相交错并联Boost升压电路的功率电路。所述低压侧开关管2的发射极与所述低压侧功率接口1相连，所述低压侧开关管2的集电极与所述4相交错并联Boost升压电路35的第一端相连，所述低压侧开关管2的基极与所述控制电路34相连，所述控制电路34通过所述低压侧开关管2控制所述低压侧功率接口1至所述4相交错并联Boost升压电路35的电流方向，所述4相交错并联Boost升压电路35的第二端与所述低压侧功率接口1的另一端相连，所述4相交错并联Boost升压电路35的第三端与所述高压侧开关管32的集电极相连，所述4相交错并联Boost升压电路35的第四端与所述高压侧功率接口33的另一端相连，所述4相交错并联Boost升压电路35的控制端与所述控制电路34相连，所述高压侧开关管32的发射极与所述高压侧接口的一端相连。

保护开关管19-22、上桥臂功率开关管15-18、下桥臂功率开关23-26和功率电感7-10构成4相交错并联Boost升压电路的功率主电路。

每一所述下桥臂功率开关管串联一所述保护开关管，所述功率电感7-10的一端与所述低压侧支撑电容5的一端相连，并构成所述第一端，每一所述功率电感的另一端连接有电流传感器；

下桥臂功率开关23-26的发射极与所述低压侧支撑电容5的另一端相连，并构成第二端，上桥臂功率开关管15-18的集电极与所述高压侧电容27的另一端相连，并构成第三端，下桥臂功率开关23-26的发射极与所述高压侧电容27的一端相连，构成了第四端。

所述控制电路34分别与所述上桥臂功率开关管15-18、所述下桥臂功率开关23-26和所述保护开关管19-22的控制端相连，所述控制电路34分别与所述电流传感器11-14相连。

所述低压侧Y电容6与所述低压侧支撑电容5并联，所述高压侧Y电容28与所述高压侧支撑电容27并联，所述第一电压传感器3设置在所述第一端与所述第二端之间，并与所述控制电路34相连，所述第二电压传感器31设置在所述第三端与所述第四端之间，并与所述控制电路34相连，所述第一电流传感器4设置在所述低压侧开关管2与所述4相交错并联Boost升压电路35之间，并与所述控制电路34相连，所述第二电流传感器30设置在所述4相交错并联Boost升压电路35与所述高压侧开关管32之间，并与所述控制电路34相连。

所述高压侧放电电阻29的两端连接在所述4相交错并联Boost升压电路35的第三端与第四端之间。

基于上述的举例示出的DC-DC变换器电路，在具体实现时是如何进行升压模式工作或者降压模式工作，下面进行详细说明。

在升压模式下，燃料电池输出端接低压侧功率接口1，通过控制电路控制低压侧开关管2的IGBT常关断、上桥臂功率开关管15-18的MOFSET常关断、保护开关管19-22的IGBT常开通、下桥臂功率开关23-26的MOSFET根据升压变比和电流期望值以PWM方式开关工作、高压侧开关管32常开通。因此该模式运行时，低压侧开关管2的IGBT关断、利用其二极管单向导通特性，电流从低压侧单向流入由功率电感7-10、上桥臂功率开关管15-18的二极管、保护开关管19-22的IGBT、下桥臂功率开关23-26的MOSFET、高压侧支撑电容27组成四相交错并联Boost类型的升压电路，再经高压侧开关管32输出至高压侧功率接口33，连接辅助动力电池或电机逆变器，实现燃料电池至电驱动系统的升压变换。

在降压模式下，燃料电池输出端接高压侧功率接口33，通过控制电路控制高压侧开关管32的IGBT常关断、上桥臂功率开关管15-18的MOFSET根据降压变比和电流期望值以PWM方式开关工作、保护开关管19-22的IGBT常关断、下桥臂功率开关23-26的MOSFET常关断、低压侧开关管2常导通，因此该模式运行时，高压侧开关管32的IGBT关断、利用其二极管单向导通特性，电流可从高压侧单向流入由上桥臂功率开关管15-18的MOSFET、功率电感7-10、低压侧支撑电容5、下桥臂功率开关23-26的二极管、保护开关管19-22的二极管组成四相交错并联Buck类型的降压电路，再经低压侧开关管2输出至低压功率接口1，连接辅助动力电池或电机逆变器，实现燃料电池至电驱动系统的降压变换。

本发明实施例通过上述公开的DC-DC变换器，将SI-IGBT材料的保护开关管分别串联于SIC-MOSFET材料的下桥臂功率开关上，当所述下桥臂功率开关产生短路故障时利用SI-IGBT快速关断控制技术将有故障SIC-MOSFET快速切除主电路，以避免其他功率器件损坏，以及通过串联在低压侧或高压侧的SI-IGBT开关管，实现了能量的单向流动和防反充电功能，进而保护了燃料电池不被损坏，以及在某一相下桥臂SIC-MOSFET开路或短路故障时，可以利用IGBT将该相切出主电路，剩余相可以继续工作，使得燃料电池发电系统只需要降额运行而不必停机，进而使得安装有该系统的电动汽车可以降额继续行驶一段时间，从而解决现有技术中因功率开关管短路带来的安全隐患。

本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统或系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的系统及系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种DC-DC变换器，其特征在于，包括：低压侧功率接口（1）、低压侧开关管（2）、N相交错并联Boost升压电路（35）、高压侧开关管（32）、高压侧功率接口（33）和控制电路（34）；

所述低压侧开关管（2）的发射极与所述低压侧功率接口（1）相连，所述低压侧开关管（2）的集电极与所述N相交错并联Boost升压电路（35）的第一端相连，所述低压侧开关管（2）的基极与所述控制电路（34）相连，所述控制电路（34）通过所述低压侧开关管（2）控制所述低压侧功率接口（1）至所述N相交错并联Boost升压电路（35）的电流方向，其中，所述N相交错并联Boost升压电路（35）中至少一半桥臂上串联两个开关管，一个为功率开关管，一个为保护开关管，当所述N相交错并联Boost升压电路（35）中的一功率开关管发生短路，所述功率开关管串联的所述保护开关管关断；

所述N相交错并联Boost升压电路（35）的第二端与所述低压侧功率接口（1）的另一端相连，所述N相交错并联Boost升压电路（35）的第三端与所述高压侧开关管（32）的集电极相连，所述N相交错并联Boost升压电路（35）的第四端与所述高压侧功率接口（33）的另一端相连；

所述N相交错并联Boost升压电路（35）的控制端与所述控制电路（34）相连；

所述高压侧开关管（32）的发射极与所述高压侧功率接口（33）的一端相连；

当升压时，所述控制电路（34）控制所述低压侧开关管（2）常关断、所述高压侧开关管（32）常开通，所述N相交错并联Boost升压电路（35）升压；

当降压时，所述控制电路（34）控制所述低压侧开关管（2）常开通，所述高压侧开关管（32）常关断，所述N相交错并联Boost升压电路（35）降压。

2.根据权利要求1所述的DC-DC变换器，其特征在于，所述N相交错并联Boost升压电路（35），包括：N个保护开关管、N个上桥臂功率开关管、N个下桥臂功率开关管、N个功率电感、N个电流传感器、低压侧支撑电容（5）和高压侧支撑电容（27）；

所述N个保护开关管、所述N个上桥臂功率开关管、所述N个下桥臂功率开关管和所述N个功率电感构成N相交错并联Boost升压电路的功率主电路；

每一所述下桥臂功率开关管串联一所述保护开关管；

所述N个功率电感的一端与所述低压侧支撑电容（5）的一端相连，并构成所述第一端，每一所述功率电感的另一端连接有电流传感器；

所述N个下桥臂功率开关管的发射极与所述低压侧支撑电容（5）的另一端相连，并构成所述第二端；

所述N个上桥臂功率开关管的集电极与所述高压侧支撑电容（27）的另一端相连，并构成所述第三端；

所述N个下桥臂功率开关管的发射极与所述高压侧支撑电容（27）的一端相连，构成了所述第四端；

所述控制电路（34）分别与所述N个电流传感器、所述N个上桥臂功率开关管、所述N个下桥臂功率开关管和所述N个保护开关管的控制端相连，所述控制电路（34）用于通过所述电流传感器采集流经所述N相交错并联Boost升压电路（35）的电流，以及向所述N个上桥臂功率开关管、所述N个下桥臂功率开关管和所述N个保护开关管发送控制信号。

3.根据权利要求2所述的DC-DC变换器，其特征在于，所述低压侧开关管（2）、所述N个保护开关管和所述高压侧开关管（32）为硅绝缘栅型双极性晶体管。

4.根据权利要求2所述的DC-DC变换器，其特征在于，所述N个上桥臂功率开关管和所述N个下桥臂功率开关管为碳化硅金属氧化物半导体场效应管。

5.根据权利要求2所述的DC-DC变换器，其特征在于，还包括：低压侧Y电容（6）和高压侧Y电容（28）；

所述低压侧Y电容（6）与所述低压侧支撑电容（5）并联，用于抑制低压侧直流母线上的共模干扰；

所述高压侧Y电容（28）与所述高压侧支撑电容（27）并联，用于抑制高压侧直流母线上的共模干扰。

6.根据权利要求1所述的DC-DC变换器，其特征在于，还包括：第一电压传感器（3）和第二电压传感器（31）；

所述第一电压传感器（3）设置在所述第一端与所述第二端之间，并与所述控制电路（34）相连，所述控制电路（34）通过所述第一电压传感器（3）采集所述第一端与所述第二端之间的电压；

所述第二电压传感器（31）设置在所述第三端与所述第四端之间，并与所述控制电路（34）相连，所述控制电路（34）通过所述第二电压传感器（31）用于采集所述第三端与所述第四端之间的电压。

7.根据权利要求1所述的DC-DC变换器，其特征在于，还包括：第一电流传感器（4）和第二电流传感器（30）；

所述第一电流传感器（4）设置在所述低压侧开关管（2）与所述N相交错并联Boost升压电路（35）之间，并与所述控制电路（34）相连，所述控制电路（34）通过所述第一电流传感器（4）采集所述低压侧开关管（2）与所述N相交错并联Boost升压电路（35）之间的电流；

所述第二电流传感器（30）设置在所述N相交错并联Boost升压电路（35）与所述高压侧开关管（32）之间，并与所述控制电路（34）相连，所述控制电路（34）通过所述第二电流传感器（30）采集所述N相交错并联Boost升压电路（35）与所述高压侧开关管（32）之间的电流。

8.根据权利要求2所述的DC-DC变换器，其特征在于，还包括：高压侧放电电阻（29）；

所述高压侧放电电阻（29）的两端连接在所述N相交错并联Boost升压电路（35）的第三端与第四端之间，用于在低压侧与燃料电池断开后以及高压侧与电驱动系统断开后，将低压侧支撑电容（5）和高压侧支撑电容（27）中剩余电荷泄放。

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