CN110138239A - 一种宽范围恒功率变换器电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种宽范围恒功率变换器电路，包括第一变压器模块、第二变压器模块、设置在所述第一变压器模块原边的第一原边输入模块、设置在所述第一变压器模块副边的第一副边输出模块、设置在所述第二变压器模块原边的第二原边输入模块、设置在所述第二变压器模块副边的第二副边输出模块、以及用于控制所述第一副边输出模块和所述第二副边输出模块在高压模式下串联且在低压模式下并联的高低压模式控制模块，以及用于接收所述第一副边输出模块和所述第二副边输出模块的串联输出电压或者并联输出电压的负载输出模块。本发明能够实现超宽范围恒功率充电，可以给不同电压等级的车进行快充。

Description

一种宽范围恒功率变换器电路
技术领域
本发明涉及电源模块领域，更具体地说，涉及一种宽范围恒功率变换器电路。
背景技术
新能源电动汽车作为一种新型交通工具，在缓解能源危机和治理城市空气质量等方面有不可比拟的优势，代表了未来汽车发展的方向。电动汽车充电站等充电设施建设是电动汽车产业健康发展的前提和基础。充电设施主要包括交流充电桩和直流快速充电桩，而充电电源模块是直流充电桩的核心部件，其技术的发展备受行业客户关注。从电动汽车的电压范围看，通常小车电压350V左右，中巴电压400-500V，大巴电压600V。针对不同的车设计不同电压范围的模块，充电电源模块规格通常有以下两种，一种为低压模块，恒功率范围375～500V，一种为高压模块，恒功率范围600～750V。除此以外，还有少量需求的更高电压模块，恒功率范围750～1000V。总之，为了给不同的车充电，需要设计不同类型的模块。对充电电源模块厂家来说，需要设计更多的产品，对充电桩运营商家来说，需要买不同的模块以及设计不同的充电桩，一来费用比较贵，二来需要花更多的人力物力。这些，都不利于降低成本和提高产品的竞争力。因此需要一种能够同时兼顾高低压，实现高低压宽范围的恒功率输出的宽范围恒功率变换器电路。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种同时兼顾高低压，实现高低压宽范围的恒功率输出的宽范围恒功率变换器电路。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种宽范围恒功率变换器电路，包括第一变压器模块、第二变压器模块、设置在所述第一变压器模块原边的第一原边输入模块、设置在所述第一变压器模块副边的第一副边输出模块、设置在所述第二变压器模块原边的第二原边输入模块、设置在所述第二变压器模块副边的第二副边输出模块、以及用于控制所述第一副边输出模块和所述第二副边输出模块在高压模式下串联且在低压模式下并联的高低压模式控制模块，以及用于接收所述第一副边输出模块和所述第二副边输出模块的串联输出电压或者并联输出电压的负载输出模块。
在本发明所述的宽范围恒功率变换器电路中，所述第一变压器模块包括至少第一变压器网络和第二变压器网络，所述第一变压器网络和所述第二变压器网络的原边串联，所述第一变压器网络和所述第二变压器网络的副边分别连接所述第一副边输出模块，所述第二变压器模块包括至少第三变压器网络和第四变压器网络，所述第三变压器网络和所述第四变压器网络的原边串联，所述第三变压器网络和所述第四变压器网络的副边分别连接所述第二副边输出模块。
在本发明所述的宽范围恒功率变换器电路中，所述第一副边输出模块包括第一整流网络、第二整流网络和第一均压网络，所述第二副边输出模块包括第三整流网络、第四整流网络和第二均压网络，所述第一整流网络的输入端连接所述第一变压器网络的副边、输出端经所述第一均压网络连接所述第四整流网络的输入端，所述第二整流网络的输入端连接所述第二变压器网络的副边、输出端经所述第二均压网络连接所述第三整流网络的输入端，所述第三整流网络的输入端还连接所述第三整流网络的副边，所述第四整流网络的输入端还连接所述第四整流网络的副边，所述第一整流网络和所述第三整流网络的输出端均分别连接所述负载输出模块的输入端和所述高低压模式控制模块的输入端，所述第二整流网络和所述第四整流网络的输出端均分别连接所述负载输出模块的输出端和所述高低压模式控制模块的输出端。
在本发明所述的宽范围恒功率变换器电路中，所述高低压模式控制模块包括第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关，所述第一切换开关连接在所述高低压模式控制模块的第一端和第二端之间，所述第二切换开关连接在所述高低压模式控制模块的第一端和所述负载输出模块的第二端之间，所述第三切换开关连接在所述高低压模式控制模块的第二端和所述负载输出模块的第一端之间。
在本发明所述的宽范围恒功率变换器电路中，所述第一变压器网络、所述第二变压器网络分别包括一个变压器或者一个以上彼此串联的变压器。
在本发明所述的宽范围恒功率变换器电路中，所述第一均压网络和所述第二均压网络分别包括至少一个均压单元，每个均压单元包括至少一个二极管串联分压支路和至少一个LC谐振支路。
在本发明所述的宽范围恒功率变换器电路中，所述二极管串联分压支路包括至少一对串联二极管，所述至少一对串联二极管的中央连接点为分压点，所述LC谐振支路包括至少一组串联的谐振电感和谐振电容。
在本发明所述的宽范围恒功率变换器电路中，进一步包括第三变压器模块、设置在所述第三变压器模块原边的第三原边输入模块、设置在所述第三变压器模块副边的第三副边输出模块，所述高低压模式控制模块进一步用于控制所述第一副边输出模块、所述第二副边输出模块和第三副边输出模块在高压模式下串联且在低压模式下并联，所述负载输出模块用于接收所述第一副边输出模块、所述第二副边输出模块和第三副边输出模块的串联输出电压或者并联输出电压。
在本发明所述的宽范围恒功率变换器电路中，所述第一整流网络、第二整流网络、第三整流网络、第四整流网络包括二极管全桥整流单元、开关管全桥整流单元、二极管半桥整流单元、和/或开关管半桥整流单元；和/或
所述的宽范围恒功率变换器电路进一步包括设置在所述第一副边输出模块和所述高低压模式控制模块之间的第一滤波模块、设置在所述第二副边输出模块和所述高低压模式控制模块之间的第二滤波模块以及设置在所述第三副边输出模块和所述高低压模式控制模块之间的第三滤波模块。
在本发明所述的宽范围恒功率变换器电路中，所述第一原边输入模块、第二原边输入模块和第三原边输入模块分别包括分别依次串联在所述第一变压器模块原边、所述第二变压器模块原边和所述第三变压器模块原边的开关网络和电容电感网络。
实施本发明的所述的宽范围恒功率变换器电路，通过控制所述第一副边输出模块和所述第二副边输出模块在高压模式下串联且在低压模式下并联，能够实现可以覆盖1000V～250V高低压电动汽车的超宽范围恒功率充电，可以给不同电压等级的车进行快充。进一步的，在工作在低压模式时，相当于变压器原边绕组串联，副边绕组并联的拓扑结构，可以实现自然均压均流工作。当工作在高压模式时，相当于变压器原边绕组串联，副边绕组交叉串联，可以自然均流。更进一步地，设置包括二极管串联分压支路和LC谐振支路的至少两个均压网络，通过LC谐振支路交叉连接另一支路中的二极管串联分压支路，可以解决器件参数差异导致的电压严重不均衡问题，可以满足高压大功率的需求；并且LC谐振支路不需要专门的逻辑控制，大大地降低了成本，提高了电路的可靠性。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明的宽范围恒功率变换器电路的第一优选实施例的原理框图；
图2是本发明的宽范围恒功率变换器电路的第二优选实施例的原理框图；
图3a～3c是本发明的宽范围恒功率变换器电路的开关网络的优选实施例的电路图；
图4是本发明的宽范围恒功率变换器电路的变压模块的优选实施例的电路图；
图5a～5d是本发明的宽范围恒功率变换器电路的电容电感组合的优选实施例的电路图；
图6a～6d是本发明的宽范围恒功率变换器电路的整流网络的优选实施例的电路图；
图7a～7b是本发明的宽范围恒功率变换器电路的副边输出模块的优选实施例的电路图；
图8是本发明的宽范围恒功率变换器电路的第三优选实施例的电路原理图；
图9是本发明的宽范围恒功率变换器电路的第四优选实施例的电路原理图；
图10是本发明的宽范围恒功率变换器电路的第五优选实施例的电路原理图；
图11是本发明的宽范围恒功率变换器电路的第六优选实施例的电路原理图；
图12是本发明的宽范围恒功率变换器电路的第七优选实施例的电路原理图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明涉及一种宽范围恒功率变换器电路，包括第一变压器模块、第二变压器模块、设置在所述第一变压器模块原边的第一原边输入模块、设置在所述第一变压器模块副边的第一副边输出模块、设置在所述第二变压器模块原边的第二原边输入模块、设置在所述第二变压器模块副边的第二副边输出模块、以及用于控制所述第一副边输出模块和所述第二副边输出模块在高压模式下串联且在低压模式下并联的高低压模式控制模块，以及用于接收所述第一副边输出模块和所述第二副边输出模块的串联输出电压或者并联输出电压的负载输出模块。实施本发明的所述的宽范围恒功率变换器电路，通过控制所述第一副边输出模块和所述第二副边输出模块在高压模式下串联且在低压模式下并联，能够实现可以覆盖1000V～250V高低压电动汽车的超宽范围恒功率充电，可以给不同电压等级的车进行快充。
图1是本发明的宽范围恒功率变换器电路的第一优选实施例的原理框图。如图1所示，本发明的一种宽范围恒功率变换器电路，包括变压器模块210、变压器模块220、设置在所述变压器模块210原边的原边输入模块110、设置在所述变压器模块210副边的副边输出模块310、设置在所述变压器模块220原边的原边输入模块120、设置在所述变压器模块220副边的副边输出模块320、以及用于控制所述副边输出模块310和所述副边输出模块320在高压模式下串联且在低压模式下并联的高低压模式控制模块400，以及用于接收所述副边输出模块310和所述副边输出模块320的串联输出电压或者并联输出电压的负载输出模块500。
在本发明的优选实施例中，所述变压器模块210、220、原边输入模块110、120、副边输出模块310、320、高低压模式控制模块400，以及负载输出模块500均可以采用本领域中已知的任何相关模块构造。基于本发明的教导，本领域技术人员能够构造不同类型的相关模块，从而实现本发明。
在本发明的优选实施例中，所述变压器模块210、变压器模块220可以包括至少两个串联的变压器网络，每个变压器网络可以包括至少一个变压器，也可以包括两个或者以上的彼此串联的变压器。在本发明的优选实施例中，所述原边输入模块110和原边输入模块120可以分别包括分别依次串联在所述变压器模块210、220原边的开关网络和电容电感网络。所述副边输出模块310、320可以包括依次连接在所述变压器模块210、220副边的整流单元、滤波单元。所述高低压模式控制模块400可以包括连接在所述副边输出模块310、320之间的多个切换开关，继电器、开关管等等各种类型的开关装置，只要其能够实现所述副边输出模块310、320的并联和串联切换即可。
在本发明的进一步的优选实施例中，所述的宽范围恒功率变换器电路还可以进一步包括第三变压器模块、设置在所述第三变压器模块原边的第三原边输入模块、设置在所述第三变压器模块副边的第三副边输出模块，所述高低压模式控制模块400进一步用于控制所述副边输出模块310、所述副边输出模块320和第三副边输出模块在高压模式下串联且在低压模式下并联，所述负载输出模块500用于接收所述副边输出模块310、所述副边输出模块320和第三副边输出模块的串联输出电压或者并联输出电压。所述第三变压器模块、第三原边输入模块和第三副边输出模块可以分别参考变压器模块210、220、原边输入模块110、120、副边输出模块310和320构建。
实施本发明的所述的宽范围恒功率变换器电路，通过控制所述第一副边输出模块和所述第二副边输出模块在高压模式下串联且在低压模式下并联，能够实现可以覆盖1000V～250V高低压电动汽车的超宽范围恒功率充电，可以给不同电压等级的车进行快充。在工作在低压模式时，相当于变压器原边绕组串联，副边绕组并联的拓扑结构，可以实现自然均压均流工作。当工作在高压模式时，相当于变压器原边绕组串联，副边绕组交叉串联，可以自然均流。
图2是本发明的宽范围恒功率变换器电路的第二优选实施例的原理框图。如图2所示，本发明的一种宽范围恒功率变换器电路，包括第一变压器模块210、第二变压器模块220、设置在所述第一变压器模块210原边的第一原边输入模块110、设置在所述第一变压器模块210副边的第一副边输出模块310、设置在所述第二变压器模块220原边的第二原边输入模块120、设置在所述第二变压器模块220副边的第二副边输出模块320、以及用于控制所述第一副边输出模块310和所述第二副边输出模块320在高压模式下串联且在低压模式下并联的高低压模式控制模块400，以及用于接收所述第一副边输出模块310和所述第二副边输出模块320的串联输出电压或者并联输出电压的负载输出模块500。
进一步地，如图2所示，所述第一原边输入模块110进一步包括分别依次串联在所述第一变压器模块210原边的第一开关网络111和第一电容电感网络112。所述第二原边输入模块120进一步包括分别依次串联在所述第二变压器模块220原边的第二开关网络121和第二电容电感网络122。所述第一变压器模块210包括至少第一变压器网络211和第二变压器网络212，所述第一变压器网络211和第二变压器网络212的原边串联，第一变压器网络211和第二变压器网络212的副边分别连接所述第一副边输出模块310，所述第二变压器模块220包括至少第三变压器网络221和第四变压器网络222，所述第三变压器网络221和第四变压器网络222的原边串联，所述第三变压器网络221和第四变压器网络222的副边分别连接所述第二副边输出模块320。进一步如图2所示，所述第一副边输出模块310包括第一整流网络311、第二整流网络312和第一均压网络313，所述第二副边输出模块320包括第三整流网络321、第四整流网络322和第二均压网络323，所述第一整流网络311的输入端连接所述第一变压器网络211的副边、输出端经所述第一均压网络313连接所述第四整流网络322的输入端，所述第二整流网络312的输入端连接所述第二变压器网络212的副边、输出端经所述第二均压网络323连接所述第三整流网络321的输入端，所述第三整流网络321的输入端还连接所述第三整流网络321的副边，所述第四整流网络322的输入端还连接所述第四整流网络322的副边，所述第一整流网络311和所述第三整流网络321的输出端均分别连接所述负载输出模块500的输入端和所述高低压模式控制模块400的输入端，所述第二整流网络312和所述第四整流网络322的输出端均分别连接所述负载输出模块500的输出端和所述高低压模式控制模块400的输出端。
在本发明的一个优选实施例中，所述第一开关网络111和所述第二开关网络121可以是相同电路连接的结构，其可以是全桥拓扑，也可以是对称半桥或不对称半桥拓扑，如图3(a)～(c)所示。
在本发明的一个优选实施例中，所述第一变压器网络211、第二变压器网络212、第三变压器网络221和第四变压器网络222分别包括一个变压器，其原边电感可分别与变压器的原边绕组并联，这里原边电感可以是单独设计的电感，也可以集成设计在变压器里。例如，所述第一变压器网络211可以包括变压器Ta1，其等效电感为Lma1，第二变压器网络212包括变压器Ta2，其等效电感为Lma2，最终等效为电感Lm。电感Lm可以集成或者单独设计的电感Lma1、Lma12的等效，也可是单独设计的电感Lm，均在本专利保护范围内。对于第三变压器网络221和第四变压器网络222，也是同样的。当然，所述第一变压器网络211、第二变压器网络212、第三变压器网络221和第四变压器网络222还可以分别包括多个变压器。
如图4所示，一个变压器模块可以包括两个变压器网络，每个变压器网络包括两个变压器，因此一个变压器模块可以包括四个变压器Ta1、Ta2、Ta3和T1a4，如图4所示，变压器Ta1和Ta2原边绕组串联，变压器Ta3和T1a4原边绕组串联，变压器Ta1和Ta3副边串联，变压器Ta3和T1a4副边绕组串联。同理，其余变压器模块也可以类似构造。当然，在本发明的其他优选实施例中，可以根据实际需要调整变压器网络中变压器的实际数量，或者变压器模块中变压器网络的数量。在本发明的进一步的优选实施例中，各个变压器网络之间可以彼此串联，也可以彼此并联。
在本发明的一个优选实施例中，如图5a-5d所示，所述电感电容组合可以是由电感Lr、电感Lm(等效电感)、电容Cr组成的LLC串联谐振变换器；可以是电感Lr，电容Cr组成的SRC串联谐振变换器；可以是电感Lr，电容Cr组成的PRC并联谐振变换器(电容和变压器并联)；也可以电感Lr，电容Cr，电容Cpr组成的LCC串并联谐振变换器。如电感电容组合为LLC串联谐振变换器，电感Lr、电感Lm和电容Cr三个元件串联连接，相互串联的位置可以任意变换，电容Cr可以放置到电感Lr前，也可以放置在Lr和电感Lm之间，均在本专利保护范围内。电感Lr、电感Lm和电容Cr三个元件也可以分别拆分成多个电感或电容串并联，并任意摆放串联的位置，也均在本专利保护范围内。电感Lr拆分成多个电感时，可以是单独的电感，也可以是相互耦合电感。
在本发明的一个优选实施例中，第一整流网络311、第二整流网络312、第三整流网络321、第四整流网络322可以包括二极管全桥整流单元、开关管全桥整流单元、二极管半桥整流单元、和/或开关管半桥整流单元，具体如图6a-6d所示。
在本发明的一个优选实施例中，所述第一均压网络313和第二均压网络323可以包括至少一个均压单元，每个均压单元包括至少一个二极管串联分压支路和至少一个LC谐振支路。所述二极管串联分压支路包括至少一对串联二极管，所述至少一对串联二极管的中央连接点为分压点，所述LC谐振支路包括至少一组串联的谐振电感和谐振电容。在本发明的优选实施例中，所述谐振电感和谐振电容的位置可以交换。所述第一均压网络313和第二均压网络323可以包括多个均压单元。
图7a-7b示出了本发明的优选的副边输出模块的电路图。在图7a所示的实施例中，所述副边输出模块包括分别由四个二极管构成的全桥整流网络311和312。每个全桥网络311和312经一个均压网络连接到滤波模块600。滤波模块600的输出连接负载输出模块500。如图7a所示，每个均压网络可以包括两个均压单元，每个均压单元包括一个LC谐振支路和一个二极管串联分压支路。因此分别串联的电感L1-L4和电容C1-C4构成四个均压单元。彼此串联的电容D1-D8构成四个二极管串联分压支路。如图7a所示，电感L1和电容C1形成的LC谐振支路的一端连接全桥网络311的一个输出端，另一端交叉连接二极管D5和D7构成的二极管串联分压支路的分压点，同理，电感L2和电容C2形成的LC谐振支路的一端连接全桥网络311的另一个输出端，另一端交叉连接二极管D6和D8构成的二极管串联分压支路的分压点。电感L3和电容C3形成的LC谐振支路的一端连接全桥网络312的一个输出端，另一端交叉连接二极管D1和D3构成的二极管串联分压支路的分压点，同理，电感L4和电容C4形成的LC谐振支路的一端连接全桥网络312的另一个输出端，另一端交叉连接二极管D2和D4构成的二极管串联分压支路的分压点。在本发明的进一步的优选实施例中，LC谐振支路中电容和电感相互串联的位置可以任意变换，电容可以放置到电感前，也可以在之后，其位置可以交错，也可以分别拆分成多个电感或电容串并联。如图7b所示，每个均压网络可以只包括一个均压单元，每个全桥网络311和312分别只接个均压单元。此外，除了图7a-7b所示连接关系以外，均压单元可以设置在全桥网络311和312的任何位置。进一步的，在本发明的进一步的优选实施例中，LC谐振支路和二极管串联分压支路的设置位置也可以互换，比如LC谐振支路可以设置在靠近滤波模块一侧，而二极管串联分压支路设置在靠近整流网络一侧，任何这样的设置方式均落入本发明的保护范围。在图7a-7b所示实施例中，所述滤波模块是电容滤波模块，其也可以采用电感电容滤波，以及电感电容组合的多种滤波器方式。
在本发明的优选实施例中，所述高低压模式控制模块400包括第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关，所述第一切换开关连接在所述高低压模式控制模块400的第一端和第二端之间，所述第二切换开关连接在所述高低压模式控制模块400的第一端和所述负载输出模块500的第二端之间，所述第三切换开关连接在所述高低压模式控制模块400的第二端和所述负载输出模块500的第一端之间。优选的，第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关可以是开关管，继电器，接触器等可以实现导通和关断的器件。
实施本发明的所述的宽范围恒功率变换器电路，通过控制所述第一副边输出模块和所述第二副边输出模块在高压模式下串联且在低压模式下并联，能够实现可以覆盖1000V～250V高低压电动汽车的超宽范围恒功率充电，可以给不同电压等级的车进行快充。进一步的，在工作在低压模式时，相当于变压器原边绕组串联，副边绕组并联的拓扑结构，可以实现自然均压均流工作。当工作在高压模式时，相当于变压器原边绕组串联，副边绕组交叉串联，可以自然均流。更进一步地，设置包括二极管串联分压支路和LC谐振支路的至少两个均压网络，通过LC谐振支路交叉连接另一支路中的二极管串联分压支路，可以解决器件参数差异导致的电压严重不均衡问题，可以满足高压大功率的需求；并且LC谐振支路不需要专门的逻辑控制，大大地降低了成本，提高了电路的可靠性。
图8是本发明的宽范围恒功率变换器电路的第三优选实施例的电路原理图。如图8所示，本发明的宽范围恒功率变换器电路包括两个开关管全桥网络构成的开关网络，两组由两个变压器相互串联构成的变压器网络，其中第一变压器网络由变压器Ta1和变压器Ta2构成，全桥二极管整流网络311的两个输入端连接变压器Ta1的输出端，两个输出端连接滤波模块，全桥二极管整流网络312的两个输入端连接变压器Ta2的输出端，两个输出端连接滤波模块。同样的，第二变压器网络由变压器Tb1和变压器Tb2构成，全桥二极管整流网络312的两个输入端连接变压器Tb1的输出端，两个输出端连接滤波模块，全桥二极管整流网络322的两个输入端连接变压器Tb2的输出端，两个输出端连接滤波模块。二极管D1和D2串联构成的二极管串联分压支路连接在全桥二极管整流网络311的两个输出端，其分压点经一个LC谐振支路连接到全桥二极管整流网络322的一个输入端，二极管D3和D4串联构成的二极管串联分压支路同样连接在全桥二极管整流网络311的两个输出端，其分压点经另一个LC谐振支路连接到全桥二极管整流网络322的另一个输入端。同理，二极管D4和D5串联构成的二极管串联分压支路连接在全桥二极管整流网络312的两个输出端，其分压点经一个LC谐振支路连接到全桥二极管整流网络321的一个输入端，二极管D7和D8串联构成的二极管串联分压支路连接在全桥二极管整流网络312的两个输出端，其分压点经一个LC谐振支路连接到全桥二极管整流网络321的另一个输入端。在本优选实施例中，滤波模块包括串联在负载R0的第一端和高低压模式控制模块的第一端之间的滤波电容C01以及串联在负载R0的第二端和高低压模式控制模块的第二端之间的滤波电容C02。
在本实施例中，所述高低压模式控制模块包括第一切换开关K1、第二切换开关K2和第三切换开关K3，所述第一切换开关K1连接在所述高低压模式控制模块400的第一端和第二端之间，所述第二切换开关K2连接在所述高低压模式控制模块400的第一端和负载R0的第二端，所述第三切换开关K3连接在所述高低压模式控制模块400的第二端和所述负载R0的第一端之间。同时，所述高低压模式控制模块400的第一端分别连接全桥二极管整流网络311和321的一个输出端，第二端分别连接全桥二极管整流网络321和322的一个输出端。这样，给低压的电动汽车充电时，选择低压模式，通过控制逻辑，让切换开关K1断开，切换开关K2，K3闭合，实现低压模式恒功率输出。当给高压档的电动汽车充电时，选择高压模式，通过控制逻辑，让切换开关K1闭合，K2，K3断开，实现高压模式恒功率输出。
本发明的宽范围恒功率变换器电路包括两个开关管全桥网络构成的开关网络，两组由两个变压器相互串联构成的变压器网络，其中第一变压器网络由变压器Ta1和变压器Ta2构成，全桥二极管整流网络311的两个输入端连接变压器Ta1的输出端，两个输出端连接滤波模块，全桥二极管整流网络312的两个输入端连接变压器Ta2的输出端，两个输出端连接滤波模块。同样的，第二变压器网络由变压器Tb1和变压器Tb2构成，全桥二极管整流网络312的两个输入端连接变压器Tb1的输出端，两个输出端连接滤波模块，全桥二极管整流网络322的两个输入端连接变压器Tb2的输出端，两个输出端连接滤波模块。二极管D1和D2串联构成的二极管串联分压支路连接在全桥二极管整流网络311的两个输出端，其分压点经一个LC谐振支路连接到全桥二极管整流网络322的一个输入端，二极管D3和D4串联构成的二极管串联分压支路同样连接在全桥二极管整流网络311的两个输出端，其分压点经另一个LC谐振支路连接到全桥二极管整流网络322的另一个输入端。同理，二极管D4和D5串联构成的二极管串联分压支路连接在全桥二极管整流网络312的两个输出端，其分压点经一个LC谐振支路连接到全桥二极管整流网络321的一个输入端，二极管D7和D8串联构成的二极管串联分压支路连接在全桥二极管整流网络312的两个输出端，其分压点经一个LC谐振支路连接到全桥二极管整流网络321的另一个输入端。在本优选实施例中，滤波模块包括串联在负载R0的第一端和高低压模式控制模块的第一端之间的滤波电容C01以及串联在负载R0的第二端和高低压模式控制模块的第二端之间的滤波电容C02。
在本实施例中，所述高低压模式控制模块包括第一切换开关K1、第二切换开关K2和第三切换开关K3，所述第一切换开关K1连接在所述高低压模式控制模块400的第一端和第二端之间，所述第二切换开关K2连接在所述高低压模式控制模块400的第一端和负载R0的第二端，所述第三切换开关K3连接在所述高低压模式控制模块400的第二端和所述负载R0的第一端之间。同时，所述高低压模式控制模块400的第一端分别连接全桥二极管整流网络311和321的一个输出端，第二端分别连接全桥二极管整流网络321和322的一个输出端。这样，给低压的电动汽车充电时，选择低压模式，通过控制逻辑，让切换开关K1断开，切换开关K2，K3闭合，实现低压模式恒功率输出。当给高压档的电动汽车充电时，选择高压模式，通过控制逻辑，让切换开关K1闭合，K2，K3断开，实现高压模式恒功率输出。
实施本发明的所述的宽范围恒功率变换器电路，通过控制所述第一副边输出模块和所述第二副边输出模块在高压模式下串联且在低压模式下并联，能够实现可以覆盖1000V～250V高低压电动汽车的超宽范围恒功率充电，可以给不同电压等级的车进行快充。进一步的，在工作在低压模式时，相当于变压器原边绕组串联，副边绕组并联的拓扑结构，可以实现自然均压均流工作。当工作在高压模式时，相当于变压器原边绕组串联，副边绕组交叉串联，可以自然均流。更进一步地，设置包括二极管串联分压支路和LC谐振支路的至少两个均压网络，通过LC谐振支路交叉连接另一支路中的二极管串联分压支路，可以解决器件参数差异导致的电压严重不均衡问题，可以满足高压大功率的需求；并且LC谐振支路不需要专门的逻辑控制，大大地降低了成本，提高了电路的可靠性。
图9是本发明的宽范围恒功率变换器电路的第四优选实施例的电路原理图。如图9所示，本发明的宽范围恒功率变换器电路包括两个原边输入模块，两个变压器模块，两个副边输出模块、一个高低压模式控制模块、两个滤波模块，以及一个负载输出模块。其中每个原边输入模块包括一个开关网络和一个电容电感网络。每个变压器模块包括两个变压器网络，每个副边输出模块包括两个整流网络和一个均压网络。
在本实施例中，每个开关网络包括两个相互并联的第一和第二开关管全桥网络，每个开关管全桥网络包括四个开关管。每个变压器网络包括原边相互串联的两个变压器。每个电容电感网络包括串联的一组电容和电感。每个整流网络包括四个二极管构成的整流网络。每个均压网络包括两个二极管串联构成的一个二极管串联分压支路和串联的电容和电感构成的LC谐振支路。每个滤波模块包括一个滤波电容。所述高低压模式控制模块包括三个切换开，所述负载输出模块包括一个负载。
如图9所示，开关管Sa1-Sa8构成第一开关网络，开关管Sb1-Sb8构成第二开关网络，变压器Ta1-Ta2构成第一变压器网络，变压器Ta3-Ta4构成第二变压器网络，变压器Tb1-Tb2构成第三变压器网络，变压器Tb3-Tb4构成第四变压器网络，电容Cra1和电阻Lra1构成的第一电容电感网络连接第一开关网络的输出端和第一变压器网络的原边，电容Cra2和电阻Lra2构成的第二电容电感网络连接第二开关网络的输出端和第二变压器网络的原边，电容Cra3和电阻Lra3构成的第三电容电感网络连接第三开关网络的输出端和第三变压器网络的原边，电容Cra4和电阻Lra4构成的第四电容电感网络连接第四开关网络的输出端和第四变压器网络的原边。四个二极管构成的整流网络311-312、321-322分别连接在变压器Ta1-Ta2、变压器Ta3-Ta4、变压器Tb1-Tb2、变压器Tb3-Tb4的输出端。二极管D1和D2串联构成的二极管串联分压支路连接在全桥二极管整流网络311的两个输出端，其分压点经一个LC谐振支路连接到全桥二极管整流网络322的一个输入端，二极管D3和D4串联构成的二极管串联分压支路同样连接在全桥二极管整流网络311的两个输出端，其分压点经另一个LC谐振支路连接到全桥二极管整流网络322的另一个输入端。同理，二极管D4和D5串联构成的二极管串联分压支路连接在全桥二极管整流网络312的两个输出端，其分压点经一个LC谐振支路连接到全桥二极管整流网络321的一个输入端，二极管D7和D8串联构成的二极管串联分压支路连接在全桥二极管整流网络312的两个输出端，其分压点经一个LC谐振支路连接到全桥二极管整流网络321的另一个输入端。在本优选实施例中，滤波模块包括串联在负载R0的第一端和高低压模式控制模块的第一端之间的滤波电容C01以及串联在负载R0的第二端和高低压模式控制模块的第二端之间的滤波电容C02。
在本实施例中，所述高低压模式控制模块包括第一切换开关K1、第二切换开关K2和第三切换开关K3，所述第一切换开关K1连接在所述高低压模式控制模块400的第一端和第二端之间，所述第二切换开关K2连接在所述高低压模式控制模块400的第一端和负载R0的第二端，所述第三切换开关K3连接在所述高低压模式控制模块400的第二端和所述负载R0的第一端之间。同时，所述高低压模式控制模块400的第一端分别连接全桥二极管整流网络311和321的一个输出端，第二端分别连接全桥二极管整流网络321和322的一个输出端。这样，给低压的电动汽车充电时，选择低压模式，通过控制逻辑，让切换开关K1断开，切换开关K2，K3闭合，实现低压模式恒功率输出。当给高压档的电动汽车充电时，选择高压模式，通过控制逻辑，让切换开关K1闭合，K2，K3断开，实现高压模式恒功率输出。
在本发明的进一步的优选实施例中，每个开关网络可以仅仅采用四个开关管构成的一个全桥网络，参见图10所示实施例。
在本发明的进一步的优选实施例中，可以包括三组变压器模块、原边输入模块、副边输出模块构成的拓扑结构，可以参见图11所示的实施例。本领域技术人员进一步知悉，还可以出现有四组或者五组，或者更多组变压器模块、原边输入模块、副边输出模块构成的拓扑结构，这些均落入本发明的保护范围。
在本发明的进一步的优选实施例中，每组变压器模块中的变压器的数量可以相同，也可以不同，并且每个均压网络可以只包括一组均压网络，即，仅仅包括一个LC谐振支路和一个二极管串联分压支路，如图12所示。进一步的，每一组中，变压器模块、原边输入模块、副边输出模块的构成可以相同，也可以不同。
在图10-12所示实施例中，其原理与图9所示实施例类似，在此就不在累述了。本领域人员知悉，在本发明中公开的各个模块，均可以按照实际情况进行组合，从而形成新的实现方式，在此就不一一列举。本领域技术人员基于本发明的教导，能够实现各种这样的电路。
虽然本发明是通过具体实施例进行说明的，本领域技术人员应当明白，在不脱离本发明范围的情况下，还可以对本发明进行各种变换及等同替代。另外，针对特定情形或材料，可以对本发明做各种修改，而不脱离本发明的范围。因此，本发明不局限于所公开的具体实施例，而应当包括落入本发明权利要求范围内的全部实施方式。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种宽范围恒功率变换器电路，其特征在于，包括第一变压器模块、第二变压器模块、设置在所述第一变压器模块原边的第一原边输入模块、设置在所述第一变压器模块副边的第一副边输出模块、设置在所述第二变压器模块原边的第二原边输入模块、设置在所述第二变压器模块副边的第二副边输出模块、以及用于控制所述第一副边输出模块和所述第二副边输出模块在高压模式下串联且在低压模式下并联的高低压模式控制模块，以及用于接收所述第一副边输出模块和所述第二副边输出模块的串联输出电压或者并联输出电压的负载输出模块。
2.根据权利要求1所述的宽范围恒功率变换器电路，其特征在于，所述第一变压器模块包括至少第一变压器网络和第二变压器网络，所述第一变压器网络和所述第二变压器网络的原边串联，所述第一变压器网络和所述第二变压器网络的副边分别连接所述第一副边输出模块，所述第二变压器模块包括至少第三变压器网络和第四变压器网络，所述第三变压器网络和所述第四变压器网络的原边串联，所述第三变压器网络和所述第四变压器网络的副边分别连接所述第二副边输出模块。
3.根据权利要求2所述的宽范围恒功率变换器电路，其特征在于，所述第一副边输出模块包括第一整流网络、第二整流网络和第一均压网络，所述第二副边输出模块包括第三整流网络、第四整流网络和第二均压网络，所述第一整流网络的输入端连接所述第一变压器网络的副边、输出端经所述第一均压网络连接所述第四整流网络的输入端，所述第二整流网络的输入端连接所述第二变压器网络的副边、输出端经所述第二均压网络连接所述第三整流网络的输入端，所述第三整流网络的输入端还连接所述第三整流网络的副边，所述第四整流网络的输入端还连接所述第四整流网络的副边，所述第一整流网络和所述第三整流网络的输出端均分别连接所述负载输出模块的输入端和所述高低压模式控制模块的输入端，所述第二整流网络和所述第四整流网络的输出端均分别连接所述负载输出模块的输出端和所述高低压模式控制模块的输出端。
4.根据权利要求3所述的宽范围恒功率变换器电路，其特征在于，所述高低压模式控制模块包括第一切换开关、第二切换开关和第三切换开关，所述第一切换开关连接在所述高低压模式控制模块的第一端和第二端之间，所述第二切换开关连接在所述高低压模式控制模块的第一端和所述负载输出模块的第二端之间，所述第三切换开关连接在所述高低压模式控制模块的第二端和所述负载输出模块的第一端之间。
5.根据权利要求4所述的宽范围恒功率变换器电路，其特征在于，所述第一变压器网络、所述第二变压器网络分别包括一个变压器或者一个以上彼此串联的变压器。
6.根据权利要求4所述的宽范围恒功率变换器电路，其特征在于，所述第一均压网络和所述第二均压网络分别包括至少一个均压单元，每个均压单元包括至少一个二极管串联分压支路和至少一个LC谐振支路。
7.根据权利要求6所述的宽范围恒功率变换器电路，其特征在于，所述二极管串联分压支路包括至少一对串联二极管，所述至少一对串联二极管的中央连接点为分压点，所述LC谐振支路包括至少一组串联的谐振电感和谐振电容。
8.根据权利要求1-7中任意一项权利要求所述的宽范围恒功率变换器电路，其特征在于，进一步包括第三变压器模块、设置在所述第三变压器模块原边的第三原边输入模块、设置在所述第三变压器模块副边的第三副边输出模块，所述高低压模式控制模块进一步用于控制所述第一副边输出模块、所述第二副边输出模块和第三副边输出模块在高压模式下串联且在低压模式下并联，所述负载输出模块用于接收所述第一副边输出模块、所述第二副边输出模块和第三副边输出模块的串联输出电压或者并联输出电压。
9.根据权利要求8所述的宽范围恒功率变换器电路，其特征在于，所述第一整流网络、第二整流网络、第三整流网络、第四整流网络包括二极管全桥整流单元、开关管全桥整流单元、二极管半桥整流单元、和/或开关管半桥整流单元；和/或
所述的宽范围恒功率变换器电路进一步包括设置在所述第一副边输出模块和所述高低压模式控制模块之间的第一滤波模块、设置在所述第二副边输出模块和所述高低压模式控制模块之间的第二滤波模块以及设置在所述第三副边输出模块和所述高低压模式控制模块之间的第三滤波模块。
10.根据权利要求8所述的宽范围恒功率变换器电路，其特征在于，所述第一原边输入模块、第二原边输入模块和第三原边输入模块分别包括分别依次串联在所述第一变压器模块原边、所述第二变压器模块原边和所述第三变压器模块原边的开关网络和电容电感网络。
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