CN111193406A - 直流转换器、输出电压范围宽的转换方法及车辆充电机 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种输出宽电压范围的直流转换器，包括全桥转换单元，两个全桥转换单元并联，每两个全桥转换单元的输入端并联，输出端并联电容组成组合转换模块，每个组合转换模块的输出端之间设有开关单元；其中，开关单元包括串联开关、第一并联开关及第二并联开关，串联开关连接每个组合转换模块的输出端，第一并联开关和第二并联开关分别位于连接电路中的正极输出电路与负极输出电路。由此，在电路拓扑中，通过第一模式和第二模式的控制方法，使得变换器可以工作在谐振频率处，提升了变换器的电能转换效率。通过第三模式的控制方法，使变换器有能力达到更宽的输出电压范围，从而有利于增加产品的应用场合，提高竞争力。

Description

直流转换器、输出电压范围宽的转换方法及车辆充电机
技术领域
本发明涉及电流转换领域，尤其是指一种输出电压范围宽的转换方法、直流转换器及车辆充电机。
背景技术
直流转换器是车辆充电电源中的重要组成部分。直流转换器具有隔离功能，将输出电压转换到车载BMS可以接受的电压等级，目前在200V～1000V之间。为了适应不同的车辆充电机型号，要求直流转换器输出电压范围宽、整体效率高。目前的LLC拓扑可以实现零电压开通，转换效率高，但是低压输出能力不足，高效率的电压区间窄。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：如何改善直流转换器的低压输出能力不足、高效率的输出电压区间窄的问题。
为了解决上述技术问题，本发明第一方面的技术方案为：一种电压范围宽的直流转换器，包括全桥转换单元，两个所述全桥转换单元并联，每两个所述全桥转换单元的输出端并联电容组成组合转换模块，每个所述组合转换模块的输入端并联，输出端之间设有开关单元；
其中，所述开关单元包括串联开关、第一并联开关及第二并联开关，所述串联开关连接每个所述组合转换模块的输出端，所述第一并联开关和第二并联开关分别位于连接电路中的正极输出电路与负极输出电路。
进一步地，所述全桥转换单元主要由逆变电路子单元、LLC谐振网络子单元及输出整流电路子单元串联组成。
进一步地，所述逆变电路子单元主要由两个桥臂并联组成，所述桥臂包括两个串联的开关管，所述两个桥臂，用于调节所述全桥转换单元为半桥模式或全桥模式中的一种。半桥模式是指，通过一定的的控制方法，使全桥LLC的增益减半。
为了解决上述技术问题，本发明第二方面的技术方案为：一种电压范围宽的直流转换方法，包括如下步骤：
调节至少一个组合转换模块为半桥模式，调节相关因素以输出目标电压；
其中，所述相关因素包括，输入电压、工作频率或所述直流转换器的输出串并联方式中的一项或多项。
进一步地，所述输出宽电压范围的直流转换方法应用于直流转换器，所述方法包括第一模式，具体如下：
调节至少一个组合转换模块为半桥模式，调节目标直流转换器的输出端为串联；
调节目标变换器工作在谐振频率处；
调节输入电压，以输出目标电压。
进一步地，所述输出宽电压范围的直流转换方法应用于直流转换器，所述方法包括第二模式，具体如下：
调节全部所述组合转换模块为半桥模式，调节所述目标直流转换器的输出端为并联；
工作在谐振频率处；
调节输入电压，以输出目标电压。
进一步地，所述输出宽电压范围的直流转换方法应用于直流转换器，所述方法包括第三模式，所述方法还包括如下步骤：
调节全部所述组合转换模块为半桥模式，调节所述目标直流转换器的输出端为并联；
调节工作频率，以输出目标电压。
本申请的第三方面，提供了一种车辆充电机，配置有上述的直流转换器。
本发明的有益效果在于：在所述电路拓扑中，通过第一模式和第二模式的控制方法，使得变换器可以工作在谐振频率处，与传统的提高工作频率的控制方法相比，提升了变换器的电能转换效率。通过第三模式的控制方法，使变换器有能力达到更宽的输出电压范围，从而有利于增加产品的应用场合，提高竞争力。
附图说明
下面结合附图详述本发明的具体结构
图1为本发明的输出宽电压范围直流转换器的第一实施例的单元结构图；
图2为本发明的输出宽电压范围直流转换器的第一实施例的电路图；
图3为本发明的输出宽电压范围的直流转换方法的第一实施例的流程图；
图4为本发明的输出宽电压范围的直流转换方法的第二实施例的流程图；
图5为本发明的输出宽电压范围的直流转换方法的第三实施例的流程图。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
请参阅图1及图2，图1为本发明的输出宽电压范围直流转换器的第一实施例的单元结构图；图2为本发明的输出宽电压范围直流转换器的第一实施例的电路图。
本申请还提供了一种直流转换器，包括多个全桥转换单元，每两个全桥转换单元并联，每两个全桥转换单元的输入端并联，输出端并联电容组成组合转换模块，每个组合转换模块的输出端之间设有开关单元；
其中，开关单元包括串联开关、第一并联开关及第二并联开关，串联开关连接每个组合转换模块的输出端，第一并联开关和第二并联开关分别位于连接电路中的正极输出电路与负极输出电路。
应用每两个全桥转换单元并联，每两个全桥转换单元的输出端并联电容组成组合转换模块，可以使用全桥切换半桥的方式，控制电路的状态。而组合转换模块的输出端设有开关单元，使用开关单元来对输出状态进行操控，以此控制电路的串并联模式。由此，可以针对提高电路转化率、拓宽电路输出范围两个方向，使用三种输出模式。
由此，可以有针对性的输出对应的电压，使电压的调节更轻松；便于协调整体的运行效果，为调节目标直流交换器模式选择提供转换基础，最终，既可以调节目标直流转换器输出模式为高效转换的方式输出，或者针对较大输出目标直流转换器待输出目前电压范围外的低压。
而且，采用多个全桥转换单元并联，可以拥有可控的电压增益；每两个全桥转换单元的输出端并联电容组成组合转换模块，可以使得整体的输出效益更优，即可保证整体的输出效果。每个组合转换模块的输出端之间有串联模式和并联两种输出模式，可以进一步地改善直流转换器的低压输出能力不足、高效率的输出电压区间窄的问题。
进一步地，上述的全桥转换单元主要由逆变电路子单元、LLC谐振网络子单元及输出整流电路子单元串联组成。
进一步地，逆变电路子单元主要由两个桥臂并联组成，桥臂包括至少两个串联的场效应管，两个桥臂，用于调节全桥转换单元为半桥模式或全桥模式中的一种。
具体的，本实施例中，逆变电路子单元包括四个开关管，每两个开关管串联成一个桥臂，桥臂和桥臂之间并联。通过开通或关断开关管实现对桥臂的全桥或半桥工作的模式转换。一般地，开关管均反向并联一个二极管。在工作频率相同时，相位相差90度，副边经过二极管整流后输出电流频率翻倍；两个全桥转换单元的输出纹波相位差180°交错，降低了输出电容上的电流纹波。
本技术方案还提供了一种输出宽电压范围的直流转换方法，应用于直流转换器，该方法包括如下步骤：
步骤S100、调节至少一个组合转换模块为半桥模式，调节相关因素以输出目标电压；
其中，所述相关因素包括，输入电压、工作频率或所述直流转换器的输出串并联方式中的一项或多项。
本实施例中，通过调节输入电压、工作频率、控制开关或继电器持续导通，更改特定电压区域增益，从而提高转换器的综合转换效率，并且实现扩大输出电压范围的双重效果。由此，使用本申请，可以减少运营商的运营成本，减少能源浪费。
可以理解的是，LLC工作在谐振频率处时，可以调节输入电压形成一个高效率的电压输出区间，在此区间内，转换效率高。
假设变换器的输入电压范围Uin_min～Uin_max，输出电压范围Uo_min～Uo_max。全桥转换单元工作在谐振频率附近时，组合转换模块的最优效率的输出电压区间为Ua～Ub。切换到半桥时，得到对应最优效率工作电压0.5Ua～0.5Ub。
请参阅图3，图3为本发明的输出宽电压范围的直流转换方法的第一实施例的流程图。在本实施例中，输出宽电压范围的直流转换方法应用于直流转换器，上述方法包括第一模式，具体如下：
步骤S111、调节至少一个组合转换模块为半桥模式，调节目标直流转换器的输出端为串联；
步骤S112、调节目标变换器工作在谐振频率处；
步骤S113、调节目标变换器的输入电压，以输出目标电压。
本实施例中，全桥模式是一个开关周期内指所有桥臂有开关动作，半桥模式是一个开关周期内只有一个桥臂有开关动作。输出继电器串联，得到输出电压1.5Ua～1.5Ub。在这个电压区间，直流转换器的转换效率较高。
请参阅图4，图4为本发明的输出宽电压范围的直流转换方法的第二实施例的流程图。在第二实施例中，输出宽电压范围的直流转换方法应用于直流转换器，所述方法使用目标直流转换器的第二模式，具体如下：
步骤S121、调节全部所述组合转换模块为半桥模式，调节所述目标直流转换器的输出端为并联；
步骤S122、调节直流转换器工作在谐振频率处；
步骤S123、调节输入电压，以输出目标电压。
在本实施例中，调节全部组合转换模块为半桥模式，调节电路输出端为并联。在控制目标直流转换器的输出端为并联后，得到对应输出电压。在该状态下，电压的转换效率最佳。
本实施例中，设有两个组合转换模块，将他们调节为半桥，并且将通过开关的控制，使整体的输出端处于并联状态，可以输出0.5Ua～0.5Ub这一范围的电压。
请参阅图5，图5为本发明的输出宽电压范围的直流转换方法的第三实施例的流程图。在第三实施例中，具有第二个高转化率的电压输出模式。具体步骤如下：
步骤S131、调节全部组合转换模块为半桥模式，调节电路输出端为并联；
步骤S132、调节目标变换器的工作频率，使其不处于谐振频率，以输出目标电压。
而调节目标变换器的工作频率，使其不处于谐振频率，以此扩大了低电压输出的范围。
可以理解的是，改变变换器的工作频率，电路增益发生变化，可以实现输出更宽的电压范围的效果，但是转换效率会降低。
上述中，高效电压的输出范围与低效电压的输出范围有不同的范围，以此增强整体的输出效果。当高效电压的输出范围与低效电压输出范围重叠的时候，可以根据具体情况，选择输出模式。
上述技术方案中，若某一目标输出电压即在高效输出范围也在低效输出范围，则可以调节目标直流转换器工作在高效模式下。
由此，可以针对具有重合部分的电压进行处理，以此确保整体的高效运行。上述各实施例中，步骤S111、步骤S112及步骤S113属于第一工作区间；步骤S121、步骤S122、步骤S123属于第二工作区间；步骤S131、步骤S132及步骤S133属于第三工作区间。各工作区间可以相互转换，也可以通过将多个直流转换器进行组合。
其中，第一工作区间及第二工作区间，电压的转换率较高；第三工作区间转换效率较低，但是输出电压的范围较大。
在本实施例中，可以应用全桥LLC或三相全桥LLC实现本方法。
为了更好说明本申请所采用的方法，将上述电路变化扩展后，其变化特征效果如下表：
Figure BDA0002380580910000071
经过本申请扩展之后，高效区间内及变频后的区间内输出的电压如下表：
Figure BDA0002380580910000072
本申请还提供了一种车辆充电机，包括上述的直流充电器。
综上所述，应用本车辆充电机，输出电压范围宽、综合转换效率高，可以适应不同的车辆充电机型号。而且低压输出能力足够强，高效率的电压区间宽。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程转换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (8)

1.一种直流转换器，其特征在于：包括多个全桥转换单元，每两个所述全桥转换单元输入串联，输出并联，每两个所述全桥转换单元的输出端并联电容组成组合转换模块，每个所述组合转换模块的输入端并联，输出端之间设有开关单元；
其中，所述开关单元包括串联开关、第一并联开关及第二并联开关，所述串联开关连接每个所述组合转换模块的输出端，所述第一并联开关和第二并联开关分别位于连接电路中的正极输出电路与负极输出电路。
2.如权利要求1所述的直流转换器，其特征在于：所述全桥转换单元主要由逆变电路子单元、LLC谐振网络子单元及输出整流电路子单元串联组成。
3.如权利要求2所述的直流转换器，其特征在于：所述逆变电路子单元至少包括两个并联的桥臂，所述桥臂包括两个串联的开关管，所述桥臂用于调节所述全桥转换单元为半桥模式。
4.一种输出宽电压范围的直流转换方法，其特征在于，所述输出宽电压范围的直流转换方法应用于直流转换器，所述方法包括如下步骤：
调节至少一个组合转换模块为半桥模式，调节相关因素以输出目标电压；
其中，所述相关因素包括，输入电压、工作频率或所述直流转换器的输出串并联方式中的一项或多项。
5.如权利要求4所述的输出宽电压范围的直流转换方法，其特征在于，所述输出宽电压范围的直流转换方法应用于直流转换器，所述方法包括第一模式，具体如下：
调节至少一个所述组合转换模块为半桥模式，调节目标直流转换器的输出端为串联；
调节所述目标变换器工作在谐振频率处；
调节所述目标变换器的输入电压，以输出目标电压。
6.如权利要求4所述的输出宽电压范围的直流转换方法，其特征在于，所述输出宽电压范围的直流转换方法应用于直流转换器，所述方法包括第二模式，具体如下：
调节全部所述组合转换模块为半桥模式，调节所述目标直流转换器的输出端为并联；
调节所述目标变换器在谐振频率处；
调节所述目标变换器的输入电压，以输出目标电压。
7.如权利要求4所述的输出宽电压范围的直流转换方法，其特征在于，所述输出宽电压范围的直流转换方法应用于直流转换器，所述方法包括第三模式，所述方法还包括如下步骤：
调节全部所述组合转换模块为半桥模式，调节所述目标直流转换器的输出端为并联；
调节所述目标变换器的工作频率，以输出目标电压。
8.一种车辆充电机，其特征在于：包括如权利要求5～7任意一项所述的直流充电器。
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WO2022165759A1 (zh) * 2021-02-05 2022-08-11 华为数字能源技术有限公司 一种充电电路及充电装置

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