CN110932558B - 电压转换电路、电源系统 - Google Patents

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Abstract

本申请一实施例中提供一种充电效率较高且成本较低的电压转换电路，以及提供一种包括所述电压转换电路的电源系统，所述电源系统成本较低，体积较小且复杂程度较低。电压转换电路包括高压转换模组、变压隔离器、低压转换模组与反馈模组。高压转换模组将自第一端口接收的第一直流电压沿着第一方向通过变压隔离器与低压转换模组转换为第二直流电压。低压转换模组自第二端口接收所述第二直流电压，并沿着第二方向通过变压隔离器与高压转换模组转换为所述第一直流电压。反馈模组用于通过电磁感应方式感应低压转换模组沿所述第二方向将针对第二直流电压转换时产生的电能，并且将感应获得电能传递至所述高压转换模组。

Description

电压转换电路、电源系统
技术领域
本申请涉及直流电压转换技术领域，尤其涉及双向直流电压转换电路与电源系统技术领域。
背景技术
随着新能源领域的技术发展，新能源汽车的应用越来越普及，例如，电动车/电动汽车(Electric Vehicle)。电动车/电动汽车中提供驱动源的电源系统中，高压蓄电池在为负载提供高压驱动电压时，由于高压驱动电压较高，若直接提供至负载中的负载电容以及工作电路时，由于负载电容初始上电时电压、电流均为零，那么若直接将高压驱动电压加载至负载电容上，很容易造成负载电容由于电流短时间内突然增大而被损坏。
目前而言，通常会在高压蓄电池与负载电容之间设置预充电电路，但是预充电电路最少要包括一个继电器与大功率线电流电阻，预充电电路的存在不但导致电源系统中电器元件设置复杂度增高以及体积增大，还由于预充电电路中较多的元器件较多而导致电源系统整体成本较高。
发明内容
本申请实施例提供一种电压转换电路与电源系统，通过将低压转换模组将低电压向高电压转换时的去磁能量同步反馈至高压转换模组，使得电压转换电路电压转换效率较高且成本较低。
第一方面，本申请一实施例提供一种电压转换电路，包括高压转换模组、变压隔离器、低压转换模组与反馈模组。所述高压转换模组将自第一端口接收的第一直流电压沿着第一方向通过所述变压隔离器与所述低压转换模组转换为第二直流电压，所述第一直流电压大于所述第二直流电压。与所述高压转换模组将自所述第一端口接收所述第一直流电不同时地，所述低压转换模组自第二端口接收所述第二直流电压，并沿着第二方向通过所述变压隔离器与所述高压转换模组转换为所述第一直流电压，所述第一方向与所述第二方向相反。所述反馈模组用于通过电磁感应方式感应所述低压转换模组沿所述第二方向将所述第二直流电压转换为所述第一直流电压时产生的电能，并且将感应获得电能传递至所述高压转换模组。
反馈模组在第二直流电压沿着第二方向转换为第一直流电压时，通过电磁感应的方式将低压转换模组中产生的部分电能反馈至高压转换模组，配合第二直流电压转换后的第一直流电压同时输出至连接于第一端口的负载电容，从而有效提高负载电容预充电的效率，并且有效降低预充电的时间。
本申请一实施例中，所述高压转换模组用于将所述第一直流电压沿着所述第一方向转换为第一交变信号。所述低压转换模组用于将所述第二直流电压沿着第二方向转换为第二交变信号。所述变压隔离器电性连接于高压转换模组与低压转换模组，用于不同时地将所述第一交变信号沿所述第一方向转换为第一转换交变信号并传输至所述低压转换模组，或者沿所述第二方向将所述第二交变信号转换为第二转换交变信号并传输至所述高压转换模组。所述低压转换模组还用于将所述第一交变转换信号转换为第二直流电压，所述高压转换模组还用于将所述第二转换交变信号转为所述第一直流电压。所述反馈模组在所述低压转换模组在将所述第二直流电压转换为第二交变信号时感应所述低压转换模组产生的电能。所述低压转换模组通过激磁与去磁的方式将第二直流电压转换为第一直流电压时，并且通过反馈模组配合采用电磁感应方式将去磁能量通过反馈模组反馈至所述高压转换模组，使得所述低压转换模组的转换效率得到有效提升。
本申请一实施例中，所述低压转换模组包括低压滤波电路，所述低压滤波电路包括滤波绕组与滤波电容。当所述低压转换模组沿所述第一方向接收所述第一交变信号时，所述滤波绕组作为滤波电感与所述滤波电容构成滤波电路针对所述第一转换交变信号进行滤波；当所述低压转换模组沿所述第二方向接收到所述第二直流电压时，所述滤波绕组分时处于激磁存储电能的状态或者去磁释放电能的状态。所述反馈模组在所述滤波绕组处于激磁存储电能的状态时通过电磁感应方式感应获得电能，并且在所述滤波绕组处于去磁释放电能的状态时，将所述感应获得电能反馈至所述高压转换模组。所述滤波绕组在不同时地执行滤波或者激磁/去磁，以实现所述电压转换电路沿着所述第一方向与所述第二方向执行双向的电压转换。
本申请一实施例中，所述低压转换模组还包括低压开关电路，所述低压开关电路电性连接所述滤波绕组与所述滤波电容。所述低压开关电路在激磁时间段为所述滤波绕组构成激磁通路，所述低压开关电路在去磁时间段为所述滤波绕组构成续流通路释放电能，所述激磁时间段与所述续流时间段在时间上交替设置，从而将所述第二直流电压转换为第二交变信号。所述反馈模组在所述激磁时间段通过电磁感应感应获取电能，并在所述去磁时间段将所述感应获得的电能反馈释放并反馈至所述高压转换模组。所述低压开关电路通过在外部提供的开关信号的控制下导通或截止，进而使得所述滤波绕组灵活地处于激磁或者去磁。
本申请一实施例中，所述反馈模组包括去磁绕组、切换控制单元以及单向传递单元，所述单向传递单元、所述去磁绕组以及所述切换控制单元依次电性连接于所述第一端口。所述去磁绕组与所述滤波绕组构成电磁耦合器。所述切换控制单元用于在所述高压转换模组沿着所述第一方向向所述低压转换模组执行电压转换时控制所述去磁绕组未处于导电通路，所述反馈模组不执行能量反馈；在所述低压转换模组沿着所述第二方向向所述高压转换模组执行电压转换时控制所述去磁绕组处于导电通路，所述反馈模组反馈所述能量值所述高压转换模组。所述单向传递单元用于控制所述去磁绕组所在导电通路的电流流动方向为所述第二方向。所述去磁绕组将自所述滤波绕组获得去磁能量通过单向传递单元传递至高压转换模组与所述第一端口，提高了所述第二直流电压向所述第一直流电压转换的效率的而同时，还能够有效防止去磁能量的损失。
本申请一实施例中，当所述低压转换模组沿自所述第一方向接收到所述第一交变信号时，所述切换控制单元性控制所述去磁绕组所在的导电通路中处于电性断开状态，所述滤波绕组未与所述去磁绕组产生电磁感应，所述滤波绕组作为滤波电感。当所述低压转换模组沿所述第二方向输出所述第二交变信号时，所述切换控制单元性控制所述去磁绕组所在的导电通路处于电性导通状态，所述滤波绕组与所述去磁绕组产生电磁感应，且所述滤波绕组将获得的电能通过所述单向传递单元传输整流后传输至所述高压转换模组。通过切换控制单元的控制，能够准确控制所述反馈模组是否与低压转换模组配合执行电磁感应，进而能够在低压转换模组用于执行第二直流电压输出时使得去磁绕组与滤波绕组并不执行电磁感应，降低所述反馈模组中电子元件的功耗的同时准确输出所述第二直流电压至所述第二端口。
本申请一实施例中，所述隔离变压器包括第一绕组与第二绕组，所述第一绕组电性连接所述高压转换模组，所述第二绕组电性连接所述低压开关电路。沿着所述第一方向接收到所述第一转换交变信号时，所述低压开关电路控制所述第二绕组与所述第一绕组产生电磁耦合，以针对所述第一转换交变信号执行整流。
所述第二直流电压转换为所述第二交变信号包括：
在激磁时间段中的第一子激磁时间段，所述低压开关电路控制所述滤波绕组激磁存储电能并输出第一相位的第一直流电压；在去磁时间段，所述低压开关电路控制所述滤波绕组去磁释放电能；在激磁时间段中的第二子激磁时间段，所述低压开关电路控制所述滤波绕组激磁存储电能并输出第二相位的第一直流电压，所述第一相位与所述第二相位相反；在去磁时间段，所述低压开关电路控制所述滤波绕组去磁释放电能；所述激磁时间段中的第一子激磁时间段、所述去磁时间段、所述激磁时间段中的第二子激磁时间段在时间上连续且无交叠。
通过所述低压开关电路导通与截止，就能够准确控制所述第一绕组与所述第二绕组是否执行电磁感应与能量传递，从而准确实现低压转换模组将第二直流电压通过隔离变压器转换为直流电压并输出至高压转换模组。
更为具体地，所述第二绕组包括两个串联的子绕组，所述低压开关电路包括两个开关元件，所述两个开元件分别电性连接所述两个子绕组，用于控制所述两个子绕组与所述第一绕组产生电磁耦合。
本申请一实施例中，在所述激磁时间段中的第一子激磁时间段以及在所述激磁时间段中的第二子激磁时间段，所述低压开电路中的两个开关元件分别所述两个子绕组不同时地与所述第一绕组产生电磁耦合，同时控制所述滤波绕组存储的电能分别产生所述第二交变信号；在所述去磁时间段，所述两个开元件控制所述两个子绕组均未与所述第一绕组产生电磁耦合，以控制所述滤波绕组去磁释放存储的电能。在所述第一绕组自所述第一方向接收到所述第一交变信号时，所述低压开电路中的两个开关元件分别所述两个子绕组不同时地与所述第一绕组产生电磁耦合而输出所述第一转换交变信号，且所述两个开关元针对所述第一转换交变信号执行整流。通过两个开关元件即可控制两个子绕组的电磁耦合状态，使得针对第二绕组与低压转换模组的配合控制更为方便与准确。
本申请一实施例中，所述高压转换模组包括高压滤波电路与高压开关电路，所述高压滤波电路与所述高压开关电路串联于所述第一端口与所述隔离变压器之间。所述高压滤波电路用于针对自所述第一端口接收或者输出的第一直流电压滤波。所述高压开关电路用于将所述第一交变信号转换为所述第一交变信号，或者针对隔离变压器针对所述低压转换模组输入的第二直流电压转后的信号进行整流。所述高压滤波电路与所述高压开关电路配合使得高压转换模组准确执行所述第一直流电压与所述第二直流电压之间的转换。
第二方面，本申请一实施例提供一种电源系统，包括前述电压转换电路、高压蓄电池以及低压蓄电池，所述高压蓄电池电性连接所述第一端口，所述低压蓄电池电性连接所述第二端口，所述高压蓄电池用于接收或者输出所述第一直流电压，所述低压蓄电池用于接收或者输出所述第二直流电压。电源系统能够有效提高负载电容预充电的效率，并且有效降低预充电的时间。
本申请一实施例中，所述电压转换电路自所述低压蓄电池接收到所述第二直流电压，并且沿着所述第二方向转换获得所述第一直流电压后为负载中的负载电容执行预充电，当所述负载电容预充电完成后，所述高压蓄电池提供所述第一直流电压即可驱动所述负载电容以及负载中其他功能电路，由于所述负载电容预充电效率提高，从而使得负载中其他功能电路的启动速度也得到提升。
附图说明
为更清楚地阐述本申请的构造特征和功效，下面结合附图与具体实施例来对其进行详细说明。
图1为本申请一实施例中电源系统的功能框图；
图2为图1所示电压转换电路的功能方框图；
图3为本申请一实施例中如图2所示电压转换电路的具体电路结构示意图；
图4为电压转换电路沿第一方向执行低压转换时的电路导通示意图；
图5为电压转换电路沿第一方向执行低压转换时各个节点的电压波形示意图；
图6为电压转换电路沿第二方向执行高压转换时的电路导通示意图；
图7为电压转换电路沿第二方向执行高压转换时各个节点的电压波形示意图；
图8为本申请另一实施例中电压转换电路的具体电路结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
请参阅图1，其为本申请一实施例中电源系统1的功能框图。如图1所示，电源系统1可以应用于汽车、电力汽车等动力驱动装置，且电源系统1包括电压转换电路10、高压蓄电池11、低压蓄电池12以及负载13。
高压蓄电池11电性连接于负载13以及通过第一端口P1电性连接于电压转换电路10，高压蓄电池11用于为负载13中的负载电容C0与功能电路130提供驱动用的第一直流电压V1。本实施例中，功能电路130可以为电机控制器电路、气泵控制器电路、油泵控制器电路等动力驱动装置中需要采用电力作为驱动力并执行不同功能的电路。另外，高压蓄电池11通过第一端口P1将第一直流电压V1输出至电压转换电路10执行降压转换后提供给低压蓄电池12进行蓄能充电，或者，高压蓄电池11通过第一端口P1接收经过电压转换电路10执行升压转换获得的第一直流电压V1。
低压蓄电池12通过第二端口P2与电压转换电路10电性连接。低压蓄电池12用于输出第二直流电压V2，电压转换电路10将所述第二直流电压V2转换为第一直流电压V1针对负载电容C0进行预充电。本实施例中所述预充电为在高压蓄电池11对负载电容C0与功能电路提供第一直流电压V1之前，预先针对负载电容C0提供较小的充电电流进行充电，防止第一直流电压V1与负载电容C0之间电压差过大而在短时间内产生较大的充电电流而损坏高压蓄电池11。同时，由于高压蓄电池11完全无需提供其他预充电电路为负载电容C0执行预充电，有效降低了电源系统1的电路复杂程度，同时还降低了体积与成本。
当所述负载电容C0预充电完成后，所述高压蓄电池11提供所述第一直流电压即可驱动所述负载电容C0以及负载13中其他功能电路，由于负载电容C0预充电效率提高，从而使得负载中其他功能电路的启动速度也得到提升。
电压转换电路10还能够将高压蓄电池11输出的第一直流电压V1转换为第二直流电压V2并提供给低压蓄电池12，用于为低压蓄电池12执行充电。也即是说，电压转换电路10能够在不同时段将高压蓄电池11输出的第一直流电压V1转换为第二直流电压V2，或者将低压蓄电池12输出的第二直流电压V2转换为第一直流电压V1，实现第一直流电压V1与第二直流电压V2之间的双向转换。
第一直流电压V1大于第二直流电压V2，第一直流电压V1主要用于高功率的动力电路的驱动，第二直流电压V2主要用于小功率的控制电路的驱动。
本实施例中，第一直流电压V1例如可以为大于200-350伏特(V)，第二直流电压V2例如可以为9-16V。
请参阅图2，其为图1所示电压转换电路10的功能方框图。如图2所示，用于执行双向直流电压转换的电压转换电路10，包括高压转换模组101、隔离变压器102、低压转换模组103与反馈模组104。
具体地，高压转换模组101与低压转换模组103分别电性连接于隔离变压器102。沿着第一方向F1，第一直流电压V1通过高压转换模组101、过隔离变压器102与低压转换模组103的配合转换为第二直流电压V2。不同时地，沿着与第一方向F1相反的第二方向F2，第二直流电压V2通过低压转换模组103、隔离变压器102与高压转换模组101的配合转换为第一直流电压V1，从而实现第一直流电压V1与第二直流电压V2的双向转换。
反馈模组104用于在第二直流电压V2沿着第二方向F2转换为第一直流电压V1时，通过电磁感应的方式将低压转换模组103中产生的部分电能反馈至高压转换模组101，配合第二直流电压V2转换后的第一直流电压V1同时输出至负载电容C0，有效提高负载电容C0预充电的效率，并且有效降低预充电的时间。本实施例中，在低压转换模组103通过隔离变压器102以及高压转换模组转换获得第一直流电压V1针对负载电容C0预充电，同时反馈模组104还一并将感应获得的电能反馈至所述高压转换模组101一并针对辅助电容C0执行预充电，从而能够降低预充电的时间，例如可以将预充电时间控制在毫秒级。另外，沿着第一方向F1将第一直流电压转换为第二直流电压V2时，反馈模组104未处于工作状态。
更为具体地，对于沿着第一方向F1实现低压转换时，高压转换模组101通过第一端口P1电性连接高压储能电池11，用于自高压储能电池11接收第一直流电压V1，并且将第一直流电压V1沿着第一方向F1转换为第一交变信号传输至隔离变压器102。隔离变压器102继续沿着第一方向F1将第一交变信号转换为第一转换交变信号，并将第一转换交变信号传输至低压转换模组103。低压转换模组103则将接收到的第一转换交变信号转换为第二直流电压V2。
本实施例中，第一端口P1包括高压母线端VH+与低压母线VH-，高压母线端VH+与低压母线VH-配合接收或者输出第一直流电压V1，其中，低压母线VH-可以为第一接地端GND1。
对于沿着第二方向F2实现高压转换时，低压转换模组103通过第二端口P2电性连接低压储能电池12，用于自低压蓄电池12接收第二直流电压V2，并且将第二直流电压V2转换为第二交变信号传输至隔离变压器102。隔离变压器102沿着第二方向F2将第二交变信号转换为第二转换交变信号，并将第二转换交变信号传输至高压转换模组101。高压转换模组101则将接收到的第二转换交变信号转换为第一直流电压V1。
本实施例中，第二端口P2包括高压参考端VL+与低压参考端VL-，高压参考端VL+与低压参考端VL-配合接收或者输出第二直流电压V2，其中，低压母线V-可以为第二接地端GND2。本实施例中，第一接地端GND1与第二接地端GND2不同，其中，第一接地端GND1为高压模拟地，第二接地端GND2为低压参考地，例如数字地。
请继续参阅图2，如图2所示，高压转换模组101包括高压滤波电路HF与高压开关电路HS。高压滤波电路HF电性连接于第一端口P1，高压开关电路HS电性连接高压滤波电路与隔离变压器102的第一绕组T11。
沿着第一方向F1，第一直流电压V1输入高压转换模组101时，高压滤波电路HF用于针对第一直流电压V1执行滤波处理，高压开关电路HS用于将经过滤波处理后的第一直流电压V1转换为第一交变信号。
沿着第二方向F2，第二转换交变信号输入高压转换模组101时，高压开关电路HS直接将第二转换交变信号输出至高压滤波电路HF执行滤波处理，然后传输至第一端口P1。
隔离变压器102包括第一绕组T11与第二绕组T12，第一绕组T11与第二绕组T12构成相互隔离的电磁耦合器，也即是说，第一绕组T11与第二绕组T12之间仅具有磁的耦合而没有电性连接关系。当第一绕组T11具有交变的电压信号，第一绕组T11与第二绕组T12之间则会感应出交变磁通从而在第二绕组T12上产生感应电压，即可实现第一绕组T11上接收的电压信号到第二绕组T12输出的另一个电压信号转换。
通过设置第一绕组T11与第二绕组T12中线圈数量，就能够实现第一绕组T11与第二绕组T12上不同电压的转换。在本实施例中，第二绕组T12还包括两个串联的子绕组T12a、T12b，两个子绕组T12a、T12b不同时处于电磁耦合状态，也即是说，子绕组T12a、T12b分时与第一绕组T11产生电磁耦合。
低压转换模组103包括低压开关电路LS与低压滤波电路LF。低压开关电路LS电性连接于第二绕组T12，低压滤波电路LF电性连接于低压开关电路LS与第二端口P2之间。
低压滤波电路LF包括滤波绕组T21与滤波电容Cf，滤波绕组T21与低压滤波电容Cf电性连于低压开关电路LS与第二端口P2。
沿着第一方向F1接收到第一转换交变信号输入低压转换模组101时，低压开关电路LS控制子绕组T12a、T12b分时处于电磁耦合状态，从而针对所述第一转换交变信号进行整流，并且传输至低压滤波电路LF中的滤波绕组T21与低压滤波电容Cf，滤波绕组T21与低压滤波电容Cf针对整流后的第一转换交变信号进行滤波处理，进而获得第二直流电压V1。也即是说说，沿着第一方向F1进行低压转换时，滤波绕组T21仅当作滤波电感使用，并且配合滤波电容Cf针对第二转换交变信号进行滤波处理。
沿着第二方向F2自第二端口P2接收到第一直流电压V1时，低压滤波电路HF中的滤波绕组T21配合低压开关电路HS处于储能激磁状态或者释能去磁状态，当滤波绕组T21处于储能激磁状态时则将将第一直流电压信号V2转换为第二交变信号提供至第二绕组T21。
当滤波绕组T21处于释能去磁状态时，反馈模组104与滤波绕组T21处于电磁耦合状态，也即是反馈模组104与滤波绕组T21构成电磁耦合器，且，反馈模组104为反馈模组104提供去磁回路便于滤波绕组T21释放存储的电能，并且反馈模组104将滤波绕组T21释放的电能转换为反馈电压Vf反馈传输至第一端口P1，所述反馈电压Vf与第二直流电压V2一并提供至第一端口P1，从而有效提高针对负载电容C0的预充电效率。
请参阅图3，其为本申请一实施例中如图2所示电压转换电路10的具体电路结构示意图。
如图3所示，负载电容C0复用为高压滤波电路HF，负载电容C0电性连接在第一端口的高压母线端V+与低压母线端V-。
高压开关电路HS包括有4个开关元件构成的全桥开关电路。
具体地，4个开关元件分别为第一开关S1、第二开关S1、第三开关S3与第四开关S4，且第一开关S1与第二开关S2构成第一桥臂(支路)AM1，第三开关S3与第四开关S4构成第四桥臂(支路)AM2。
第一桥臂AM1与第一桥臂AM2相互并联，其中，第一桥臂AM1包括第一传输端NA，第一桥臂AM1包括第二传输端NA’，第一传输端NA与第二传输端NA’配合输出第一交变信号或者接收第二转换交变信号。
具体地，第一开关S1包括第一控制端CS1、第一导电端ES1与第二导电端ES2。第二开关S2包括第二控制端CS2、第三导电端ES3与第四导电端ES4。
第一控制端CS1用于接收第一控制信号PS1，第二控制端CS2用于接收第二控制信号PS2。第一控制信号PS1、第二控制信号PS2为占空比相同、频率相同但是相位相反的脉冲信号。本实施例中，第一控制信号PS1、第二控制信号PS2为脉宽调制信号(Pulse WidthModulation,PWM)，所述脉宽调制信号的占空比可以依据实际需求在0-100％的范围内设定，例如可以选定为50％。
第一导电端ES1电性电性连接于高压母线端VH+，第二导电端ES2电性连接于第一传输NA。第三导电端ES3电性电性连接于第一逆变输出端NA，第四导电端ES4电性连接于低压母线端VL-。也即是说第二导电端ES2与第三导电端ES3直接电性连接。
本实施例中，第一开关S1～第二开关S2为金属-氧化物-半导体-场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor,MOS管)。对于第一开关S1而言，当其为MOS管时，第一控制端CS1为MOS管的栅极G(未标示)，第一导电端ES1为MOS管的漏极D(未标示)，第二导电端ES2为MOS管的源极S(未标示)。对于第二开关S2而言，当其为MOS管时，第二控制端CS2为MOS管的栅极G(未标示)，第三导电端ES3为MOS管的漏极D(未标示)，第四导电端ES4为MOS管的源极S(未标示)。
第三开关S3包括第三控制端CS3、第五导电端ES5与第六导电端ES6。第四开关S4包括第四控制端CS4、第七导电端ES7与第八导电端ES8。
第三控制端CS3用于接收第三控制信号PS3，第四控制端CS4用于接收第四控制信号PS4。第三控制信号PS3与第四控制信号PS4频率相同但是相位相反的PWM信号。
第五导电端ES5电性电性连接于高压母线端VH+，第六导电端ES6电性连接于第二传输端NA’。第七导电端ES7电性电性连接于第二传输端NA’，第八导电端ES8电性连接于低压母线V-。
对于第三开关S3而言，当其为MOS管时，第三控制端CS3为MOS管的栅极G(未标示)，第五导电端ES5为MOS管的漏极D(未标示)，第六导电端ES6为MOS管的源极S(未标示)。对于第四开关S4而言，当其为MOS管时，第四控制端CS2为MOS管的栅极G(未标示)，第七导电端ES7为MOS管的漏极D(未标示)，第八导电端ES8为MOS管的源极S(未标示)。
在本实施例中，四个开关元件中的第一开关S1～第四开关S4均为N型MOS管。
本实施例中，隔离变压模组102包括由第一绕组T11与第二绕组T12构成的第一变压器T1与谐振电路1021。谐振电路电性电性连接于高压开关电路HS与第一绕组T11之间。
其中，第一变压器T1还包括第一连接端T1a、第二连接端T1b，第三连接端T1c、第四连接端T1d与第五连接端T1e。其中，第一绕组T11电性连接于第一连接端T1a与第二连接端T1b之间，子绕组T12a电性连接于第三连接端T1c与第四连接端T1d之间，子绕组T12b电性连接于第三连接端T1c与第五连接端T1e之间。本实施例中，第三连接端T1c也即是作为第二绕组T12中间的抽头。
需要说明的是，第一绕组T11与第二绕组T12之间还设置有铁芯(未标示)，第一绕组T11与第二绕组T12之间产生电磁耦合，实现两个绕组之间电压的转换。
本实施例中，谐振电路1021包括有串联于第一传输端NA与第一连接端T2a的第一谐振电容Cr与谐振电感Lr，所述谐振电路1021用于滤除第一交变信号中的干扰信号。在本申请其他实施例中，谐振电路1021也可以省略不设置。
低压转换模组103中，低压开关电路LS包括有2个开关元件构成的开关电路。
具体地，2个开关元件分别为第五开关S5、第六开关S6。第五开关S5包括第五控制端CS5、第十一导电端ES11与第十二导电端ES12。第六开关S6包括第六控制端CS6、第十三导电端ES13与第十四导电端ES14。
第五控制端CS5用于接收第五控制信号PS5，第六控制端CS6用于接收第六控制信号PS6。
第十一导电端ES11电性电性连接于第五连接端T1e，第十二导电端ES2电性连接于第二接地端GND2。第十三导电端ES13电性连接于第四连接端T1d，第十四导电端ES14电性连接于第二接地端GND2。
对于第五开关S5而言，当其为MOS管时，第五控制端CS5为MOS管的栅极G(未标示)，第十一导电端ES11为MOS管的漏极D(未标示)，第十二导电端ES12为MOS管的源极S(未标示)。对于第六开关S6而言，当其为MOS管时，第六控制端CS6为MOS管的栅极G(未标示)，第十三导电端ES13为MOS管的漏极D(未标示)，第十四导电端ES14为MOS管的源极S(未标示)。
滤波绕组T21电性连接于第三连接端T1c与第二端口P2的高压参考端VL+之间，波电容Cf电性连接于第二端口P2的高压参考端VL+与低压参考端VL-之间。
反馈模组104包括去磁绕组T22、单向传递单元1041以及切换控制单元1042。
单向传递单元1041、去磁绕组T22以及切换控制单元1042依次电性连接于第一接口P1的高压母线端V+与低压母线V-之间，本实施例中低电压端V-为第一接地端GND1之间。
所述去磁绕组T22的位置设置为与所述滤波绕组T21构成电磁耦合器，也即是二者构成一个反激变压器T2，单向传递单元1041以及切换控制单元1042的位置与高压转换模组101中高压滤波电路HF、高压开关电路HS所在位置邻近。
切换控制单元1042用于选择控制所述去磁绕组T22是否处于导电通路，也即是依据电压转换电路10执行第一方向F1的低压转换时控制所述去磁绕组T22未处于导电通路，使得滤波绕组T21仅执行滤波作用；而在电压转换电路10执行第二方向F2的高压转换时控制所述去磁绕组T22处于导电回路中。
单向传递单元1041用于控制所述去磁绕组T22所在导电通路电流流动方向为所述第二方向F2。
本实施例中，单向传递单元1041包括反馈二极管D1，去磁绕组T21远离开关元件K1的一端电性连接于反馈二极管D1的阳极，反馈二极管D1的阴极电性连接所述第一端口P1中的高压母线端VH+。
切换控制单元1041可以采用开关元件K1来实现导电通路的形成与否，开关元件K1电性连接于去磁绕组T21远离反馈二极管D1的一端与第一接地端GND1之间。开关元件K1可以为继电器、机械开关或者晶体管。
开关元件K1依据电压转换电路10执行第一方向F1的低压转换或者第二方向F2的高压转换而处于导通状态或者截止状态，具体地，电压转换电路10执行第一方向F1的低压转换时处于截止状态，而电压转换电路10执行第二方向F2的高压转换时处于导通状态。
当开关元件K1处于导通状态时，去磁绕组T21处于导电回路中；而当开关元件K1处于截止状态时，去磁绕组T21所在的电路中并未形成导电通路，也即是去磁绕组T21无法形成感应电流与感应电动势，从而不会将通过电磁感应获得的电能反馈至高压转换模组101中。
请参阅图4-图5，图4为电压转换电路10沿第一方向F1执行低压转换时的电路导通示意图，图5为电压转换电路10沿着第一方向F1执行低压转换时各个节点的电压波形示意图。
如图4所示，电压转换电路100沿着第一方向F1执行低压转换，此时，反馈单元104并未处于工作状态。需要说明的是，电压转换电路100沿着第一方向F1执行低压转换与电压转换电路100沿着第二方向F2执行高压转换是非同时执行的，也即是说同一时间，仅执行一个方向上的电压转换，而在不同时间段，可以分别执行两个方向上的电压转换。
具体地，高压转换模组101自第一端口P1接收到第一直流电压V1，通过高压滤波电路HF滤波并再经由高压开关电路HS转换为第一交变信号。如图5所示，高压开关电路HS中4个开关元件分别在对应的第一控制信号PS1～第四控制信号PS4处于对应的导通或者截止状态。
在t1-t2时间段，第一控制信号PS1与第四控制信号PS4分别控制第一开关S1、第四开关S4处于导通状态，第二控制信号PS2与第三控制信号PS3分别控制第二开关S2、第三开关S3处于截止状态。第一传输端NA与第二传输端NA’配合输出正相的第一直流电压V1。
在t2-t3时间段，当第二控制信号PS2与第三控制信号PS3分别控制第二开关S2、第三开关S3处于导通状态，第一控制信号PS1与第四控制信号PS4分别控制第一开关S1、第四开关S4处于截止状态，第一传输端NA与第二传输端NA’配合输出反相的第一直流电压V1。
由此，高压开关电路HS自第一传输端NA与第二传输端NA’配合输出正、反相交替变化的第一直流电压V1，所述正、反相交替变化的第一直流电压V1则构成第一交变信号，图5中符号VAA’即表征第一传输端NA与第二传输端NA’输出的第一交变信号的电压波形图。
当隔离变压器102的第一绕组T11接收到第一交变信号时，第一绕组T11与第二绕组T12产生电磁耦合，从而在第二绕组T12中的子绕组T12a与T12b均产生感应电压与感应电流。
对应t1-t2时间段内第一控制信号PS1与第四控制信号PS4分别控制第一开关S1、第四开关S4处于导通状态时，第一传输端NA与第二传输端NA’配合输出正相的第一直流电压V1时，第五控制信号PS5控制第五开关S5处于导通状态，第六控制信号PS6控制第六开关S6处于截止状态，也即是说子绕组T21b处于导电回路中，子绕组T21b在第三连接端T1c与第五连接端T1e之间产生的感应电流与感应电压，第三连接端T1c与第五连接端T1e之间的感应电压为正相的第一感应电压并且自节点NB与节点NB’输出，感应电流通过滤波绕组T21与滤波电容C2进行滤波。本实施例中，节点NB也即是第三连接Tc1，而节点NB’也即是第二接地端GND2。
对应在t2-t3时间段内第二控制信号PS2与第三控制信号PS3分别控制第二开关S2、第三开关S3处于导通状态时，第一传输端NA与第二传输端NA’配合输出反相的第一直流电压V1，第五控制信号PS5控制第五开关S5处于截止状态，第六控制信号PS6控制第六开关S6处于导通状态，也即是说子绕组T21a处于导电回路中，子绕组T21a在第三连接端T1c与第四连接端T1d之间产生的感应电流与感应电压，第三连接端T1c与第四连接端T1d之间的感应电压为反相的第一感应电压，并且自节点NB与NB’输出，感应电流通过滤波绕组T21与滤波电容C2进行滤波。
由此，低压开关电路LS自节点NB与NB’输出配合输出正、反相交替变化的第一感应电压构成第二转换交变信号。图5中符号VBB’即表征节点NB与节点NB’输出的第二转换交变信号的电压波形图。
对应正反相的感应电压，感应电流通过滤波绕组T21与滤波电容C2进行滤波，进而获得第二直流电压V2并且输出至第二端口P2。
请参阅图6-图7，图6为电压转换电路10沿第二方向F2执行高压转换时的电路导通示意图，图7为电压转换电路10沿第二方向F2执行高压转换时电路中各个节点的电压波形示意图。如图6所示，电压转换电路100沿着第二方向F2执行高压转换，此时，反馈单元104处于工作状态。
低压转换模组103自第二端口P2接收到第二直流电压V2，通过滤波电容滤波后，通过低压开关电路LS对滤波绕组T21分时执行激磁状态或者去磁状态，当滤波绕组T21处于去磁状态时，反馈单元104将滤波绕组T21在去磁过程中释放的电能反馈至高压转换模组101。
通过低压开关电路LS，在节点NB与节点NB’产生第二交变信号，第二交变信号通过第一变压器T1转换为第二转换交变信号，并且自第一传输端NA与第二传输端NA’传输至高压开关电路HS进行整流以及高压滤波电路HF的滤波处理，而在第一端口P1获得第一直流电压V1。
具体地，如图7所示，低压开关电路LS中2个开关元件分别在对应的第五控制信号PS5～第六控制信号PS6处于对应的导通或者截止状态。
在t0～t1的在第一子激磁时间段，第五控制信号PS5控制第五开关S5处于截止状态，第六控制信号PS6控制第六开关S6处于导通状态，第二直流电压V2通过第五开关S5所在的子绕组T21b为滤波绕组T21激磁储能，由此，流过滤波绕组T21的电流逐渐增加，从而在第三连接端T12c与第四连接端T12d产生正相的第二直流电压V2。
在t1～t2的在去磁时间段，第五控制信号PS5控制第五开关S5处于截止状态，第六控制信号PS6控制第六开关S6处于截止状态，滤波绕组T21通过去磁绕组T22去磁释放电能，而滤波绕组T21并未处于导电回路中因此此时并没有电流流过，也即是说滤波绕组T21上的电流为零，而去磁绕组T22由于与滤波绕组T21具有电磁感应效应，因此去磁绕组T22的电流逐渐减小，由此在第三连接端T12c与第四连接端T12d、第五连接端T12e之间未产生电压，也即是说此时由此在第三连接端T12c与第四连接端T12d、第五连接端T12e之间的电压为0V。
同时，在t1～t2的在去磁时间段，去磁绕组T22上的感应电流通过反馈二极管D1的整流以及高压滤波电路HF的滤波处理后加载至第一端口P1。
在t2～t3的第二子激磁时间段，第五控制信号PS5控制第五开关S5处于导通状态，第六控制信号PS6控制第六开关S6处于截止状态，第二直流电压V2通过第六开关S5所在的子绕组T21a为滤波绕组T21激磁储能由此，流过滤波绕组T21的电流逐渐增加，从而在第三连接端T12c与第五连接端T12e产生正相的第二直流电压V2。
第三连接端T12c与第四连接端T12d产生正相的第二直流电压V2，配合第三连接端T12c与第五连接端T12e产生正相的第二直流电压V2，从而在节点NB与节点NB’产生第二交变信号，图7所示的VBB’则表征第二交变信号的电压波形。
本实施例中，去磁绕组T22为滤波绕组T21提供了续流通路，保证低压转换模组103能够准确将第二直流电压V2转换为第一交变信号。
当隔离变压器102的第二绕组T12接收到第二交变信号时，第一绕组T11与第二绕组T12产生电磁耦合，从而在第一绕组T11产生感应电压与感应电流，进而在第一传输端NA与第二传输端NA’构成第二转换交变信号，图7所示的VAA’则表征第二转换交变信号的电压波形。
在t3～t4的去磁时间段，第五控制信号PS5控制第五开关S5处于截止状态，第六控制信号PS6控制第六开关S6处于截止状态，滤波绕组T21通过去磁绕组T22去磁释放电能，而滤波绕组T21并未处于导电回路中因此此时并没有电流流过，也即是说滤波绕组T21上的电流为零，而去磁绕组T22由于与滤波绕组T21具有电磁感应效应，因此去磁绕组T22的电流逐渐减小，由此在第三连接端T12c与第四连接端T12d、第五连接端T12e之间未产生电压，也即是说此时由此在第三连接端T12c与第四连接端T12d、第五连接端T12e之间的电压为0V。
同时，在t1～t2的在去磁时间段，去磁绕组T22上的感应电流通过反馈二极管D1的整流以及高压滤波电路HF的滤波处理后加载至第一端口P1。
需要说明的是，如图7所示，t0～t1的在第一子激磁时间段、t1～t2的在去磁时间段、t2～t3的在第二子激磁时间段、t3～t4的去磁时间段在时间上连续且无交叠。t1～t4时间段仅为将第二直流电压V2转换为第二交变信号其中一个周期，那么，在第二直流电压V2转换为第二交变信号的过程中包括多个连续的周期，其他周期中，电压转换电路10重复t1～t4的工作过程，在此不再赘述。
本实施例中，由于高压开关电路HS第一开关S1～第四开关S4均为N型MOS管，因此，第一控制信号PS1～第四控制信号PS4可以处于悬空状态，也即是说第一开关S1～第四开关S4无需执行控制，而是通过第一开关S1～第四开关S4中的体二极管构成的全桥整流电路，从而针对第一绕组T11自第一传输端NA与第二传输端NA’输出的第二转换交变信号进行整流，后续再经过高压滤波电路HF感应电流进行整流而获得第一直流电压V1，并且自第一端口P1加载至辅助电容C0。
请参阅图8，其为本申请另一实施例中电压转换电路20的具体电路结构示意图。
本实施例中，电压转换电路20与图3中电压转换电路10基本相同，区别仅在于切换单元为晶体管S7，其中，晶体管S7的源极电性连接去磁绕组T22，晶体管S7的源极漏极电性连接第一接地端GND，晶体管S7的源极栅极接收外部的控制信号，本实施例中，晶体管S7为N型MOS管，因此，当电压转换电路100沿着第一方向F1执行低压转换时，晶体管S7的栅极接收到低电平的控制信号，控制晶体管处于截止状态，使得去磁绕组T22所在的电路未构成一个完整的导电回路，也即是去磁绕组所在的高压母线端V+到低压母线V-之间并未导电通路。
当电压转换电路100沿着第二方向F2执行高压转换时，晶体管S7的栅极接收到高电平的控制信号，控制晶体管S7处于导通状态，使得去磁绕组T22所在的电路未构成一个完整的导电回路，也即是去磁绕组T22所在的高压母线端V+到低压母线V-之间形成导电通路，去磁绕组T22自滤波绕组T21感应产生的电流在能够在导电回路中传输。
以上所述为本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本申请的保护范围。

Claims (12)

1.一种电压转换电路，其特征在于，包括高压转换模组、隔离变压器、低压转换模组与反馈模组，
所述高压转换模组将自第一端口接收的第一直流电压沿着第一方向通过所述隔离变压器与所述低压转换模组转换为第二直流电压，所述第一直流电压大于所述第二直流电压；
与所述高压转换模组将自所述第一端口接收所述第一直流电压不同时地，所述低压转换模组自第二端口接收所述第二直流电压，并沿着第二方向通过所述隔离变压器与所述高压转换模组转换为所述第一直流电压，所述第一方向与所述第二方向相反；
所述反馈模组用于通过电磁感应方式感应所述低压转换模组沿所述第二方向将所述第二直流电压转换为所述第一直流电压时产生的电能，并且将感应获得的电能传递至所述高压转换模组，其中，所述反馈模组包括去磁绕组与切换控制单元，所述去磁绕组与所述切换控制单元依次电性连接于所述第一端口，所述去磁绕组与滤波绕组构成电磁耦合器；
所述切换控制单元用于依据所述电压转换电路执行所述第一方向的低压转换或者所述第二方向的高压转换选择控制所述去磁绕组是否处于导电通路，在所述高压转换模组沿着所述第一方向向所述低压转换模组执行电压转换时，控制所述去磁绕组未处于导电通路，所述反馈模组不执行能量反馈；在所述低压转换模组沿着所述第二方向向所述高压转换模组执行电压转换时，控制所述去磁绕组处于导电通路，所述反馈模组反馈所述电能至所述高压转换模组。
2.根据权利要求1所述的电压转换电路，其特征在于，所述高压转换模组用于将所述第一直流电压沿着所述第一方向转换为第一交变信号；
所述低压转换模组用于将所述第二直流电压沿着第二方向转换为第二交变信号；
所述隔离变压器电性连接于高压转换模组与低压转换模组，用于不同时地将所述第一交变信号沿所述第一方向转换为第一转换交变信号并传输至所述低压转换模组，或者沿所述第二方向将所述第二交变信号转换为第二转换交变信号并传输至所述高压转换模组；
所述低压转换模组还用于将所述第一转换交变信号转换为第二直流电压，所述高压转换模组还用于将所述第二转换交变信号转为所述第一直流电压；
所述反馈模组在所述低压转换模组在将所述第二直流电压转换为第二交变信号时感应所述低压转换模组产生的电能。
3.根据权利要求2所述的电压转换电路，其特征在于，所述低压转换模组包括低压滤波电路，所述低压滤波电路包括滤波绕组与滤波电容，
当所述低压转换模组沿所述第一方向接收所述第一交变信号时，所述滤波绕组作为滤波电感与所述滤波电容构成滤波电路针对所述第一转换交变信号进行滤波；
当所述低压转换模组沿所述第二方向接收到所述第二直流电压时，所述滤波绕组分时处于激磁存储电能的状态或者去磁释放电能的状态；
所述反馈模组在所述滤波绕组处于激磁存储电能的状态时通过电磁感应方式感应获得电能，并且在所述滤波绕组处于去磁释放电能的状态时，将所述感应获得电能反馈至所述高压转换模组。
4.根据权利要求3所述的电压转换电路，其特征在于，所述低压转换模组还包括低压开关电路，所述低压开关电路电性连接所述滤波绕组与所述滤波电容，
所述低压开关电路在激磁时间段为所述滤波绕组构成激磁通路，所述低压开关电路在去磁时间段为所述滤波绕组构成去磁通路释放电能，所述激磁时间段与所述去磁时间段在时间上交替设置以将所述第二直流电压转换为所述第二交变信号；
所述反馈模组在所述激磁时间段通过电磁感应感应获取电能，并在所述去磁时间段将所述感应获得的电能反馈释放并反馈至所述高压转换模组。
5.根据权利要求4所述的电压转换电路，其特征在于，所述反馈模组还包括单向传递单元，所述单向传递单元电性连接于所述第一端口，
所述单向传递单元用于控制所述去磁绕组所在导电通路的电流流动方向为所述第二方向。
6.根据权利要求5所述的电压转换电路，其特征在于，
当所述低压转换模组沿自所述第一方向接收到所述第一交变信号时，所述切换控制单元控制所述去磁绕组所在的导电通路中处于电性断开状态，所述滤波绕组未与所述去磁绕组产生电磁感应，所述滤波绕组作为滤波电感；
当所述低压转换模组沿所述第二方向输出所述第二交变信号时，所述切换控制单元性控制所述去磁绕组所在的导电通路处于电性导通状态，所述滤波绕组与所述去磁绕组产生电磁感应，且所述滤波绕组将获得的电能通过所述单向传递单元传输整流后传输至所述高压转换模组。
7.根据权利要求4-6任意一项所述的电压转换电路，其特征在于，
所述隔离变压器包括第一绕组与第二绕组，所述第一绕组电性连接所述高压转换模组，所述第二绕组电性连接所述低压开关电路；
沿着所述第一方向接收到所述第一转换交变信号时，所述低压开关电路控制所述第二绕组与所述第一绕组产生电磁耦合，以针对所述第一转换交变信号执行整流；
所述第二直流电压转换为所述第二交变信号包括：
在激磁时间段中的第一子激磁时间段，所述低压开关电路控制所述滤波绕组激磁存储电能并输出第一相位的第一直流电压；
在去磁时间段，所述低压开关电路控制所述滤波绕组去磁释放电能；
在激磁时间段中的第二子激磁时间段，所述低压开关电路控制所述滤波绕组激磁存储电能并输出第二相位的第一直流电压，所述第一相位与所述第二相位相反；
在去磁时间段，所述低压开关电路控制所述滤波绕组去磁释放电能；
所述激磁时间段中的第一子激磁时间段、所述去磁时间段、所述激磁时间段中的第二子激磁时间段在时间上连续且无交叠。
8.根据权利要求7所述的电压转换电路，其特征在于，
所述第二绕组包括两个串联的子绕组，所述低压开关电路包括两个开关元件，所述两个开关元件分别电性连接所述两个子绕组，用于控制所述两个子绕组与所述第一绕组产生电磁耦合。
9.根据权利要求8所述的电压转换电路，其特征在于，
在所述激磁时间段中的第一子激磁时间段以及在所述激磁时间段中的第二子激磁时间段，所述低压开关电路中的两个开关元件分别控制所述两个子绕组不同时地与所述第一绕组产生电磁耦合，同时控制所述滤波绕组存储的电能分别产生所述第二交变信号；
在所述去磁时间段，所述两个开关元件控制所述两个子绕组均未与所述第一绕组产生电磁耦合，以控制所述滤波绕组去磁释放存储的电能；
在所述第一绕组自所述第一方向接收到所述第一交变信号时，所述低压开关 电路中的两个开关元件分别所述两个子绕组不同时地与所述第一绕组产生电磁耦合而输出所述第一转换交变信号，且所述两个开关元针对所述第一转换交变信号执行整流。
10.根据权利要求2-6任意一项所述的电压转换电路，其特征在于，所述高压转换模组包括高压滤波电路与高压开关电路，所述高压滤波电路与所述高压开关电路串联于所述第一端口与所述隔离变压器之间；
所述高压滤波电路用于针对自所述第一端口接收或者输出的第一直流电压滤波；
所述高压开关电路用于将所述第一直流电压转换为所述第一交变信号，或者针对隔离变压器针对所述低压转换模组输入的第二直流电压转后的信号进行整流。
11.一种电源系统，其特征在于，包括权利要求1-10任意一项所述的电压转换电路、高压蓄电池以及低压蓄电池，所述高压蓄电池电性连接所述第一端口，所述低压蓄电池电性连接所述第二端口，
所述高压蓄电池用于接收或者输出所述第一直流电压，所述低压蓄电池用于接收或者输出所述第二直流电压。
12.根据权利要求11所述的电源系统，其特征在于，所述电压转换电路自所述低压蓄电池接收到所述第二直流电压，并且沿着所述第二方向转换获得所述第一直流电压后为负载中的负载电容执行预充电。
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