CN110995008A - 一种宽范围恒功率双向直流变换器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种宽范围恒功率双向直流变换器，包括：依次连接的原边输入开关模块，变压器模块、副边输出开关模块、均压控制网络、输出模块和高低压模式切换网络，所述高低压模式切换网络在第一模式和第二模式之间切换从而使得所述宽范围恒功率双向直流变换器输出第一电压或第二电压。实施本发明的宽范围恒功率双向直流变换器，通过设置高低压模式切换网络，能够实现宽范围电压恒功率输入输出。

Description

一种宽范围恒功率双向直流变换器
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双向直流变换器。
背景技术
随着能源危机的日益加剧和人们环保意识的提高，新能源电动汽车因可绿色高效利用能源，成为各国研究应用的重点。其中，对充放电设备的研究更是重中之重。通常电动汽车的电池电压范围：小汽车电压约为350V，中巴汽车电池电压大约在400V-500V之间，大巴汽车电池电压约为600V。目前，电动汽车充放电电源模块按照恒功率电压范围主要分为三类：第一类恒功率电压范围375V～500V；第二类恒功率电压范围600V～750V；第三类恒功率电压范围750V～1000V。传统工程应用中，根据恒功率电压范围不同，需要设计不同的拓扑结构，无法实现宽范围电压恒功率输入输出。进而，导致安装设计成本增加、使用不便利等问题。
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，提供一种能够有效可靠实现宽范围电压恒功率输入输出的宽范围恒功率双向直流变换器。
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双向直流变换器，包括：依次连接的原边输入开关模块，变压器模块、副边输出开关模块、均压控制网络、输出模块和高低压模式切换网络，其中所述变压器模块包括第一变压器网络和第二变压器网络，所述原边输入开关模块包括第一原边输入开关网络和第二原边输入开关网络，所述副边输出开关模块包括第一副边输出开关网络和第二副边输出开关网络，所述输出模块包括第一输出网络和第二输出网络；所述第一原边输入开关网络连接在输入电源和第一变压器网络的原边之间，所述第二原边输入开关网络连接在输入电源和第二变压器网络的原边之间，所述第一副边输出开关网络、所述第二副边输出开关网络交叉连接在所述第一变压器网络的副边、所述第二变压器网络的副边以及所述均压控制网络之间，所述第一输出网络和所述第二输出网络连接在所述均压控制网络和所述高低压模式切换网络之间，所述高低压模式切换网络在第一模式和第二模式之间切换以串联或并联所述第一输出网络和第二输出网络从而使得所述宽范围恒功率双向直流变换器输出第一电压或第二电压。
在本发明所述的宽范围恒功率双向直流变换器中，所述高低压模式切换网络包括第一切换开关和第二切换开关；所述第一切换开关的第一端连接所述第一输出网络的第一端、第二端连接所述第二输出网络的第一端，所述第二切换开关的第一端连接所述第一输出网络的第二端、第二端连接所述第一输出网络的第一端、第三端连接所述第二输出网络的第一端、第四端连接所述第二输出网络的第二端，所述第一输出网络的第二端为所述的宽范围恒功率双向直流变换器的输出正极，所述第二输出网络的第二端为所述的宽范围恒功率双向直流变换器的输出负极；所述第一切换开关闭合且所述第二切换开关断开时，所述第一输出网络和第二输出网络串联，所述第一切换开关断开且所述第二切换开关闭合时，所述第一输出网络和第二输出网络并联。
在本发明所述的宽范围恒功率双向直流变换器中，所述第一切换开关和所述第二切换开关为空气开关、功率开关管、继电器或接触器。
在本发明所述的宽范围恒功率双向直流变换器中，所述均压控制网络包括至少第一均压控制支路和至少第二均压控制支路，所述第一均压控制支路包括第一LC谐振单元和第一二极管分压单元，所述第二均压控制支路包括第二LC谐振单元和第二二极管分压单元；所述第一LC谐振单元的一端连接所述第一副边输出开关网络的第一端、另一端连接所述第一二极管分压单元的分压点，所述第一二极管分压单元连接在所述第二输出网络的第一端和第二端之间；所述第二LC谐振单元的一端连接所述第二副边输出开关网络的第一端、另一端连接所述第二二极管分压单元的分压点，所述第二二极管分压单元连接在所述第一输出网络的第一端和第二端之间。
在本发明所述的宽范围恒功率双向直流变换器中，所述第一均压控制支路进一步包括第三LC谐振单元和第三二极管分压单元，所述第四均压控制支路包括第四LC谐振单元和第四二极管分压单元；所述第三LC谐振单元的一端连接所述第一副边输出开关网络的第二端、另一端连接所述第三二极管分压单元的分压点，所述第三二极管分压单元连接在所述第二输出网络的第一端和第二端之间；所述第四LC谐振单元的一端连接所述第二副边输出开关网络的第二端、另一端连接所述第四二极管分压单元的分压点，所述第四二极管分压单元连接在所述第一输出网络的第一端和第二端之间。
在本发明所述的宽范围恒功率双向直流变换器中，所述第一变压器网络和所述第二变压器网络中的变压器的原边直接串联，所述第一变压器网络和所述第二变压器网络的变压器的副边交叉串联。
在本发明所述的宽范围恒功率双向直流变换器中，所述第一原边输入开关网络、所述第二原边输入开关网络、所述第一副边输出开关网络和所述第二副边输出开关网络分别包括开关管全桥网络和/或开关管半桥网络。
在本发明所述的宽范围恒功率双向直流变换器中，进一步包括设置在所述第一变压器网络、第二变压器网络和输入电源之间的输入滤波网络、以及连接在所述高低压模式切换网络的输出端的输出电源网络。
在本发明所述的宽范围恒功率双向直流变换器中，所述输入滤波网络包括至少一个输入滤波电容，所述第一输出网络和所述第二输出网络分别包括至少一个输出滤波电容。
在本发明所述的宽范围恒功率双向直流变换器中，所述变压器模块包括N个变压器网络，所述原边输入开关模块包括N个原边输入开关网络，所述副边输出开关模块包括M个副边输出开关网络，所述输出模块包括一个第一输出网络和一个第二输出网络，每个原边输入开关网络对应连接每个变压器网络的原边并同时直接串联在输入电源两端，M个副边输入开关网络在所述N个变压器网络的副边交叉串联后分别连接到所述第一输出网络的两端和所述第二输出网络的两端，至少一个所述均压控制网络连接在至少一个副边输入开关网络与所述第一输出网络和所述第二输出网络之间，所述高低压切换模块连接在所述第一输出网络和所述第二输出网络之间，其中N和M均为大于等于2的正整数。
实施本发明的宽范围恒功率双向直流变换器，通过设置高低压模式切换网络，能够实现宽范围电压恒功率输入输出。进一步地，通过变压器原边直接串联、副边交叉串联的连接方式，可以实现拓扑结构的自然均流。更进一步地，通过均压控制网络可以解决因器件参数差异导致的电压严重不均衡的问题，而采用LC谐振均压，不需要专门的逻辑控制，可节约成本，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双向直流变换器的第一优选实施例的原理框图；
图2a-2b示出了适用于本发明的优选实施例的开关管全桥网络和开关管半桥网络；
图3a-l示出了适用于本发明的优选实施例的优选的变压器网络；
图4示出了适用于本发明的优选实施例的均压控制网络；
图5是本发明的宽范围恒功率双向直流变换器的第二优选实施例的电路原图；
图6是本发明的宽范围恒功率双向直流变换器的第三优选实施例的原理框图；
图7是本发明的宽范围恒功率双向直流变换器的第三优选实施例的电路图；
图8是本发明的宽范围恒功率双向直流变换器的第四优选实施例的电路图；
图9是本发明的宽范围恒功率双向直流变换器的第五优选实施例的电路图；
图10是本发明的宽范围恒功率双向直流变换器的第六优选实施例的电路图；
图11是本发明的宽范围恒功率双向直流变换器的第七优选实施例的电路图。
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双向直流变换器，包括：依次连接的原边输入开关模块，变压器模块、副边输出开关模块、均压控制网络、输出模块和高低压模式切换网络，其中所述变压器模块包括第一变压器网络和第二变压器网络，所述原边输入开关模块包括第一原边输入开关网络和第二原边输入开关网络，所述副边输出开关模块包括第一副边输出开关网络和第二副边输出开关网络，所述输出模块包括第一输出网络和第二输出网络；所述第一原边输入开关网络连接在输入电源和第一变压器网络的原边之间，所述第二原边输入开关网络连接在输入电源和第二变压器网络的原边之间，所述第一副边输出开关网络、所述第二副边输出开关网络交叉连接在所述第一变压器网络的副边、所述第二变压器网络的副边以及所述均压控制网络之间，所述第一输出网络和所述第二输出网络连接在所述均压控制网络和所述高低压模式切换网络之间，所述高低压模式切换网络在第一模式和第二模式之间切换以串联或并联所述第一输出网络和第二输出网络从而使得所述宽范围恒功率双向直流变换器输出第一电压或第二电压。实施本发明的宽范围恒功率双向直流变换器，通过设置高低压模式切换网络，能够实现宽范围电压恒功率输入输出。
图1是本发明的宽范围恒功率双向直流变换器的第一优选实施例的原理框图。如图1所示，本发明的宽范围恒功率双向直流变换器，包括：依次连接的原边输入开关模块210，变压器模块310、副边输出开关模块410、均压控制网络510、输出模块610和高低压模式切换网络710。如图1所示，所述变压器模块310包括第一变压器网络311和第二变压器网络312，所述原边输入开关模块210包括第一原边输入开关网络211和第二原边输入开关网络212，所述副边输出开关模块410包括第一副边输出开关网络411和第二副边输出开关网络412，所述输出模块610包括第一输出网络611和第二输出网络612。所述第一原边输入开关网络211连接在输入电源和第一变压器网络311的原边之间。所述第二原边输入开关网络212连接在输入电源和第二变压器网络312的原边之间。所述第一副边输出开关网络411、所述第二副边输出开关网络412交叉连接在所述第一变压器网络311的副边、所述第二变压器网络312的副边以及所述均压控制网络510之间。所述第一输出网络611和所述第二输出网络612连接在均压控制网络510和所述高低压模式切换网络710之间。所述高低压模式切换网络710在第一模式和第二模式之间切换以串联或并联所述第一输出网络611和第二输出网络612从而使得所述宽范围恒功率双向直流变换器输出第一电压或第二电压。
在本发明的优选实施例中，所述第一变压器网络311和第二变压器网络312可以分别包括至少一个变压器，或者彼此连接的多个变压器。在本发明的优选实施例中，可以包括一个或多个变压器网络。在本发明的进一步的优选实施例中，每个变压器的原边和副边可以分别连接电容电感网络，例如可以是LC网络、LLC、CLLC网络。图3a-l示出了适用于本发明的优选实施例的优选的变压器网络。
在本发明的优选实施例中，所述第一原边输入开关网络211、第二原边输入开关网络212、第一副边输出开关网络411和第二副边输出开关网络412可以采用相同或者不同的开关管全桥网络、开关管半桥网络。任何形式和构造的开关管全桥网络、开关管半桥网络都可以适用于本发明。图2a-2b示出了适用于本发明的优选实施例的开关管全桥网络和开关管半桥网络。
优选地，所述第一变压器网络311和所述第二变压器网络312的变压器的原边直接串联、副边交叉串联。所述第一副边输出开关网络411的两个输入端可以分别连接所述第一变压器网络311和所述第二变压器网络312。同样地，所述第二副边输出开关网络412的两个输入端可以分别连接所述第一变压器网络311和所述第二变压器网络312。所述第一副边输出开关网络411的输出端经均压控制网络交叉连接到第二输出网络612，所述第二副边输出开关网络412的输出端经均压控制网络交叉连接到第一输出网络611。
在本发明的优选实施例中，所述均压控制网络510可以包括两个均压控制支路，每个均压控制支路包括至少一个LC谐振单元和至少一个二极管分压单元。通过将一个均压控制支路中的LC谐振单元连接到另一均压控制支路中的二极管分压单元，可以解决器件中因参数差异导致的电压严重不均衡的问题。进一步地，所述均压控制网络可以包括多个均压控制支路，例如四个。图4示出了适用于本发明的优选实施例的均压控制网络。
优选的，所述高低压模式切换网络710可以采用任何硬件开关，软开关模块，或者软硬结合的开关装置构造，可以控制该高低压模式切换网络710在第一模式和第二模式之间切换以串联或并联所述第一输出网络611和第二输出网络612从而使得所述宽范围恒功率双向直流变换器输出第一电压或第二电压。优选第一电压为高电压。第二电压为低电压。优选的，所述高低压模式切换网络710可以包括第一切换开关和第二切换开关。所述第一切换开关的第一端连接所述第一输出网络611的第一端、第二端连接所述第二输出网络612的第一端，所述第二切换开关的第一端连接所述第一输出网络611的第二端、第二端连接所述第一输出网络611的第一端、第三端连接所述第二输出网络612的第一端、第四端连接所述第二输出网络612的第二端。所述第一输出网络611的第二端为所述的宽范围恒功率双向直流变换器的输出正极，所述第二输出网络612的第二端为所述的宽范围恒功率双向直流变换器的输出负极。所述第一切换开关闭合且所述第二切换开关断开时，所述第一输出网络611和第二输出网络612串联，所述第一切换开关断开且所述第二切换开关闭合时，所述第一输出网络611和第二输出网络612并联。在本发明所述的宽范围恒功率双向直流变换器中，所述第一切换开关和所述第二切换开关为空气开关、功率开关管、继电器或接触器。
实施本发明的宽范围恒功率双向直流变换器，通过设置高低压模式切换网络，能够实现宽范围电压恒功率输入输出。进一步地，通过变压器原边直接串联、副边交叉串联的连接方式，可以实现拓扑结构的自然均流。更进一步地，通过均压控制网络可以解决因器件参数差异导致的电压严重不均衡的问题，而采用LC谐振均压，不需要专门的逻辑控制，可节约成本，提高了电路的可靠性。
图5是本发明的宽范围恒功率双向直流变换器的第二优选实施例的电路原图。如图5所示，本发明的宽范围恒功率双向直流变换器包括开关管全桥网络Sa1-Sa4构成的第一原边输入开关网络、开关管全桥网络Sa5-Sa8构成的第二原边输入开关网络、变压器Ta1-Ta2构成的第一变压器网络、变压器Ta3-Ta4构成的第二变压器网络、开关管全桥网络Sc1-Sc4构成的第一副边输出开关网络、开关管全桥网络Sc5-Sc8构成的第二副边输出开关网络、分别由两个LC谐振单元和两个二极管分压单元构成的两个均压控制支路511和512、输出滤波电容CO1和CO2分别构成的第一输出网络和第二输出网络，以及所述第一切换开关K1和第二切换开关K2构成的高低压模式切换网络。在图5所示的优选实施例中，第一原边输入开关网络和第一变压器网络之间，第二原边输入开关网络和第二变压器网络之间，各自连接电容Crn1、Crn2电感Lrn1、Lrn2分别构成的LC谐振网络。在输入电源与第一原边输入开关网络和第二原边输入开关网络之间设置输入滤波电容Ci。
如图5所示，开关管全桥网络Sa1-Sa4和开关管全桥网络Sa5-Sa8的输入端分别连接在输入电源两端，输出端分别连接经LC谐振网络连接变压器Ta1、Ta2、Ta3、Ta4的原边。变压器Ta1、Ta2的原边、变压器Ta3、Ta4的原边彼此直接串联。在图5所示实施例中，滤波电容Ci、开关管全桥网络Sa1-Sa4和开关管全桥网络Sa5-Sa8分别连接在输入电源两端。在图11所示的类似实施例中，可以在输入电源与第一原边输入开关网络和第二原边输入开关网络之间设置两个串联的输入滤波电容Ci1和Ci2。这样开关管全桥网络Sa1-Sa4可以连接在输入滤波电容Ci1两端，而开关管全桥网络Sa5-Sa8可以以连接在输入滤波电容Ci2两端。
变压器Ta1、Ta2的副边、变压器Ta3、Ta4的副边彼此交叉串联。开关管全桥网络Sc1-Sc4和开关管全桥网络Sc5-Sc8交叉串联在变压器Ta1、Ta2的副边、变压器Ta3、Ta4的副边。如图5所示，在变压器Ta1、Ta2、Ta3、Ta4的副边同样可以设置LC谐振网络。如图5所示，在本实施例中，所述均压控制网络包括第一均压控制支路511和第二均压控制支路512。所述第一均压控制支路511包括两个LC谐振单元和两个二极管分压单元，两个二极管分压单元分别连接到第二输出网络612的两端，两个LC谐振单元一端分别连接所述第一副边输出开关网络411的第一端和第二端，另一端分别连接对应的二极管分压单元的分压点。同样地，所述第二均压控制支路512同样包括两个LC谐振单元和两个二极管分压单元，两个二极管分压单元分部连接到第一输出网络611的两端。两个LC谐振单元一端分别连接所述第二副边输出开关网络412的第一端和第二端，另一端分别连接对应的二极管分压单元的分压点。
所述第一切换开关K1的第一端连接所述输出滤波电容CO1的负极、第二端连接所述输出滤波电容CO2的正极，所述第二切换开关K2为双头开关，其第一端连接所述输出滤波电容CO1的正极、第二端连接所述输出滤波电容CO1的负极、第三端连接所述输出滤波电容CO2的正极、第四端连接所述输出滤波电容CO2的负极，所述输出滤波电容CO2的正极为所述的宽范围恒功率双向直流变换器的输出正极，所述输出滤波电容CO2的负极所述的宽范围恒功率双向直流变换器的输出负极。
优选的，所述第一切换开关K1、第二切换开关K2可以是空气开关、功率开关管、继电器、接触器等可以实现导通和关断的器件。当第一切换开关K1闭合、第二切换开关K2断开时，所述输出滤波电容CO1和所述输出滤波电容CO2串联，则所述宽范围恒功率双向直流变换器工作于高压模式，输出高电压，而若第一切换开关K1断开、第二切换开关K2闭合时，所述输出滤波电容CO1和所述输出滤波电容CO2并联，则所述宽范围恒功率双向直流变换器工作于低压模式，输出低电压。
本实施例通过控制所述第一切换开关K1、第二切换开关K2，可以实现1000V～250V高低压的超宽范围恒功率充放电。通过变压器网络310原边直接串联、副边交叉串联的连接方式，可以实现拓扑结构的自然均流；通过均压控制网络510，即LC谐振支路交叉连接至另一支路中的二极管串联分压支路，可以解决因器件参数差异导致的电压严重不均衡问题；同时，均压控制网络中的LC谐振支路不需要设计专门的逻辑进行控制，可节约成本，提高电路的可靠性。本实施例可以实现直流变换器能量的双向流动，能够用于电网系统的削峰填谷。
图6是本发明的宽范围恒功率双向直流变换器的第三优选实施例的原理框图。如图6所示，在本实施例中，所述宽范围恒功率双向直流变换器，包括：依次连接的输入电源网络100、输入滤波模块110、原边输入开关模块210，变压器模块310、副边输出开关模块410、均压控制网络510、输出模块610、高低压模式切换网络710和输出电源网络800。如图6所示，所述变压器模块310包括第一-第四变压器网络311-314，所述原边输入开关模块210包括第一-第四原边输入开关网络211-214，所述副边输出开关模块410包括第一-第四副边输出开关网络411-414，所述输出模块610包括第一-第四输出网络611-614。所述均压控制网络510包括第一均压控制单元511和第二均压控制单元512。如图6所示，所述第一变压器网络311、第二变压器网络312、第三变压器网络313、第四变压器网络314的原边分别串联，再分别连接所述第一原边输入开关网络211、第二原边输出开关网络212、第三原边输入开关网络213、第四原边输出开关网络214；所述第一变压器网络311与所述第二变压器网络312的副边交叉串联，分别连接所述第一副边输出开关网络411与所述第二副边输出开关网络412，所述第三变压器网络313和所述第四变压器网络314的副边交叉串联，分别连接所述第三副边输出开关网络与413所述第四副边输出开关网络414；所述第一副边输出开关网络411的输出端与第三副边输出开关网络413的输出端并联；所述第二副边输出开关网络412的输出端与第副边四输出开关网络414的输出端并联。这样所述第一副边输出开关网络411与第三副边输出开关网络413同时并联在第一输出网络611两端，而所述第二副边输出开关网络412的与第副边四输出开关网络414并联在第二输出网络612两端。而所述高低压模式切换网络710设置在所述第一输出网络611和第二输出网络612之间。这样所述高低压模式切换网络710在第一模式和第二模式之间切换以串联或并联所述第一输出网络611和第二输出网络612从而使得所述宽范围恒功率双向直流变换器输出第一电压或第二电压。
本领域技术人员知悉，在本实施例中所述的变压器网络、原边输入开关网络、副边输出开关网络、均压控制网络、高低压模式切换网络、输出网络均可以参照图1-5所示的实施例构造，在此就不再累述了。
图7是本发明的宽范围恒功率双向直流变换器的第三优选实施例的电路图。在图7所示实施例中，所述输入电源网络100可是任何直流输入电源，例如蓄电池电源、发电机电源等等。所述输入滤波模块110包括两个串联输入滤波电容Ci1和Ci2。原边输入开关模块210分别包括开关管全桥网络Sa1-Sa4构成的第一原边输入开关网络、开关管全桥网络Sa5-Sa8构成的第二原边输入开关网络，开关管全桥网络Sb1-Sb4构成的第三原边输入开关网络、开关管全桥网络Sb5-Sb8构成的第四原边输入开关网络。变压器模块310包括原边直接串联的变压器Ta1-Ta2构成的第一变压器网络、原边直接串联的变压器Ta3-Ta4构成的第二变压器网络、原边直接串联的变压器Tb1-Tb2构成的第三变压器网络、原边直接串联的变压器Tb3-Tb4构成的第四变压器网络。变压器Ta1-Ta2的副边和变压器Ta3-Ta4的副边交叉串联，变压器Tb1-Tb2的副边和变压器Tb3-Tb4的副边交叉串联。所述副边输出开关模块410分别包括开关管全桥网络Sc1-Sc4构成的第一副边输出开关网络、开关管全桥网络Sc5-Sc8构成的第二副边输出开关网络，开关管全桥网络Sd1-Sd4构成的第三副边输出开关网络、开关管全桥网络Sd5-Sd8构成的第四副边输出开关网络。所述均压控制网络510包括两个均压控制支路。输出模块610包括输出滤波电容CO1构成的第一输出网络和输出滤波电容CO2构成的第二输出网络。两个均压控制支路均包括两个LC谐振单元和两个二极管分压单元。两个二极管分压单元分别连接在输出滤波电容CO1和输出滤波电容CO2两端，两个谐振支路分别从第三副边输出开关网络和第四副边输出开关网络连接另一二极管分压单元的分压点。所述第一切换开关K1的第一端连接所述输出滤波电容CO1的负极、第二端连接所述输出滤波电容CO2的正极，所述第二切换开关K2为双头开关，其第一端连接所述输出滤波电容CO1的正极、第二端连接所述输出滤波电容CO1的负极、第三端连接所述输出滤波电容CO2的正极、第四端连接所述输出滤波电容CO2的负极，所述输出滤波电容CO2的正极和所述输出滤波电容CO2的负极连接输出电源网络800。所述输出电源网络800可以包括任何电源输出模块、电路和器件，比如输出电容、电感等等。图7所示电路的原理与图6所示的电路原理相同，在此就不再累述了。
本领域技术人员知悉，所述变压器模块310可以包括更多数量的变压器网络，例如其可以如图8所示包括六个变压器网络。在本发明的其他优选实施例中，还可以包括其他数量的变压器网络，在此可以选择N个变压器网络，其中N为大于等于2的正整数。对应的，原边输入开关模块210和副边输出开关模块410可以相同选择对应的开关管全桥网络，也可以选择不同的开关管全桥网络或者开关管半桥网络，其数量可以对应所述变压器网络设置，例如可以设置N个原边输入开关模块210和M个副边输出开关模块410，N和M均为大于等于2的正整数，其可以相等，也可以不等，可以根据具体电路设置。所述均压控制网络510中的均压控制支路的数量可以变化。进一步的实现方式可以参见图8-11所示的实施例。本领域技术人员知悉，可以采用图2a-图4中示出的任何单元模块，根据本发明的教导，进行组合从而构成不同的电路，这些电路均落入本发明的保护范围。
实施本发明的宽范围恒功率双向直流变换器，通过设置高低压模式切换网络，能够实现宽范围电压恒功率输入输出。进一步地，通过变压器原边直接串联、副边交叉串联的连接方式，可以实现拓扑结构的自然均流。更进一步地，通过均压控制网络可以解决因器件参数差异导致的电压严重不均衡的问题，而采用LC谐振均压，不需要专门的逻辑控制，可节约成本，提高了电路的可靠性。
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双向直流变换器，其特征在于，包括：依次连接的原边输入开关模块，变压器模块、副边输出开关模块、均压控制网络、输出模块和高低压模式切换网络，其中所述变压器模块包括第一变压器网络和第二变压器网络，所述原边输入开关模块包括第一原边输入开关网络和第二原边输入开关网络，所述副边输出开关模块包括第一副边输出开关网络和第二副边输出开关网络，所述输出模块包括第一输出网络和第二输出网络；所述第一原边输入开关网络连接在输入电源和第一变压器网络的原边之间，所述第二原边输入开关网络连接在输入电源和第二变压器网络的原边之间，所述第一副边输出开关网络、所述第二副边输出开关网络交叉连接在所述第一变压器网络的副边、所述第二变压器网络的副边以及所述均压控制网络之间，所述第一输出网络和所述第二输出网络连接在所述均压控制网络和所述高低压模式切换网络之间，所述高低压模式切换网络在第一模式和第二模式之间切换以串联或并联所述第一输出网络和第二输出网络从而使得所述宽范围恒功率双向直流变换器输出第一电压或第二电压。
2.根据权利要求1所述的宽范围恒功率双向直流变换器，其特征在于，所述高低压模式切换网络包括第一切换开关和第二切换开关；所述第一切换开关的第一端连接所述第一输出网络的第一端、第二端连接所述第二输出网络的第一端，所述第二切换开关的第一端连接所述第一输出网络的第二端、第二端连接所述第一输出网络的第一端、第三端连接所述第二输出网络的第一端、第四端连接所述第二输出网络的第二端，所述第一输出网络的第二端为所述的宽范围恒功率双向直流变换器的输出正极，所述第二输出网络的第二端为所述的宽范围恒功率双向直流变换器的输出负极；所述第一切换开关闭合且所述第二切换开关断开时，所述第一输出网络和第二输出网络串联，所述第一切换开关断开且所述第二切换开关闭合时，所述第一输出网络和第二输出网络并联。
3.根据权利要求2所述的宽范围恒功率双向直流变换器，其特征在于，所述第一切换开关和所述第二切换开关为空气开关、功率开关管、继电器或接触器。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的宽范围恒功率双向直流变换器，其特征在于，所述均压控制网络包括至少第一均压控制支路和至少第二均压控制支路，所述第一均压控制支路包括第一LC谐振单元和第一二极管分压单元，所述第二均压控制支路包括第二LC谐振单元和第二二极管分压单元；所述第一LC谐振单元的一端连接所述第一副边输出开关网络的第一端、另一端连接所述第一二极管分压单元的分压点，所述第一二极管分压单元连接在所述第二输出网络的第一端和第二端之间；所述第二LC谐振单元的一端连接所述第二副边输出开关网络的第一端、另一端连接所述第二二极管分压单元的分压点，所述第二二极管分压单元连接在所述第一输出网络的第一端和第二端之间。
5.根据权利要求4所述的宽范围恒功率双向直流变换器，其特征在于，所述第一均压控制支路进一步包括第三LC谐振单元和第三二极管分压单元，所述第四均压控制支路包括第四LC谐振单元和第四二极管分压单元；所述第三LC谐振单元的一端连接所述第一副边输出开关网络的第二端、另一端连接所述第三二极管分压单元的分压点，所述第三二极管分压单元连接在所述第二输出网络的第一端和第二端之间；所述第四LC谐振单元的一端连接所述第二副边输出开关网络的第二端、另一端连接所述第四二极管分压单元的分压点，所述第四二极管分压单元连接在所述第一输出网络的第一端和第二端之间。
6.根据权利要求5所述的宽范围恒功率双向直流变换器，其特征在于，所述第一变压器网络和所述第二变压器网络中的变压器的原边直接串联，所述第一变压器网络和所述第二变压器网络的变压器的副边交叉串联。
7.根据权利要求6所述的宽范围恒功率双向直流变换器，其特征在于，所述第一原边输入开关网络、所述第二原边输入开关网络、所述第一副边输出开关网络和所述第二副边输出开关网络分别包括开关管全桥网络和/或开关管半桥网络。
8.根据权利要求7所述的宽范围恒功率双向直流变换器，其特征在于，进一步包括设置在所述第一变压器网络、第二变压器网络和输入电源之间的输入滤波网络、以及连接在所述高低压模式切换网络的输出端的输出电源网络。
9.根据权利要求8所述的宽范围恒功率双向直流变换器，其特征在于，所述输入滤波网络包括至少一个输入滤波电容，所述第一输出网络和所述第二输出网络分别包括至少一个输出滤波电容。
10.根据权利要求1所述的宽范围恒功率双向直流变换器，其特征在于，所述变压器模块包括N个变压器网络，所述原边输入开关模块包括N个原边输入开关网络，所述副边输出开关模块包括M个副边输出开关网络，所述输出模块包括一个第一输出网络和一个第二输出网络，每个原边输入开关网络对应连接每个变压器网络的原边并同时直接串联在输入电源两端，M个副边输入开关网络在所述N个变压器网络的副边交叉串联后分别连接到所述第一输出网络的两端和所述第二输出网络的两端，至少一个所述均压控制网络连接在至少一个副边输入开关网络与所述第一输出网络和所述第二输出网络之间，所述高低压切换模块连接在所述第一输出网络和所述第二输出网络之间，其中N和M均为大于等于2的正整数。
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