CN111884501A - 一种dc/dc变流器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供的DC/DC变流器，应用于直流供电技术领域，该DC/DC变流器至少包括两个变流电路，如果变流器需要接入电压较大的第一电源，各变流电路的输入端首先串联连接，以满足接入第一电源的耐压要求，并在串联后与第一电源连接，如果变流器需要接入电压较小的第二电源，各变流电路的输入端无需并联，可以选择其中的一个或多个变流电路与第二电源相连，各变流电路的输出端分别与负载相连，向负载供电。本发明提供的DC/DC变流器，变流电路之间的连接方式灵活可变，可以针对具体的电源电压进行选择，实现对不同电压等级电源的兼容，从而提高DC/DC变流器的通用性。

Description

一种DC/DC变流器
技术领域
本发明涉及直流供电技术领域，特别涉及一种DC/DC变流器。
背景技术
DC/DC变流器是高频辅助电源系统中极为重要的电气设备，用于将输入侧不够稳定的输入电压采用斩波升压的方式变换为稳定的输出电压，从而为后续逆变电路和充电机提供稳定的电源。
按照目前的相关技术标准，DC/DC变流器的输入电压有多种，而现有技术提供的DC/DC变流器，往往只能应用于某一种输入电压的场景下，无法做到对多种输入电压的兼容，限制了DC/DC变流器的通用性。
发明内容
本发明提供一种DC/DC变流器，能够兼容多种输入电压，提高DC/DC变流器的通用性。
为实现上述目的，本申请提供的技术方案如下：
一种DC/DC变流器，包括：至少两个变流电路，其中，
在接入第一电源时，各所述变流电路的输入端串联后与所述第一电源连接；
在接入第二电源时，至少一个所述变流电路的输入端与所述第二电源相连，其中，所述第一电源的电压大于所述第二电源的电压；
各所述变流电路的输出端分别与负载相连。
可选的，所述变流电路包括升压电路和LLC谐振电路，其中，
所述升压电路的输入端作为所述变流电路的输入端，所述升压电路的输出端与所述LLC谐振电路的输入端相连；
所述LLC谐振电路的输出端作为所述变流电路的输出端。
可选的，所述升压电路包括：第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容，以及第二电容，其中，
所述第一二极管的正极与所述第一开关管的集电极相连，所述第一二极管的负极与所述第一电容的一端相连；
所述第一电容的另一端与所述第一开关管的发射极相连；
所述第二二极管的负极与所述第二开关管的发射极相连，所述第二二极管的正极与所述第二电容的一端相连；
所述第二电容的另一端与所述第二开关管的集电极相连；
所述第一开关管的集电极作为所述升压电路的第一输入端，所述第一开关管的发射极与所述第二开关管的集电极相连，所述第二开关管的发射极作为所述升压电路的第二输入端；
所述第一二极管与所述第一电容的连接点，作为所述升压电路的第一输出端，所述第二二极管与所述第二电容的连接点，作为所述升压电路的第二输出端。
可选的，所述升压电路还包括：第三二极管和第四二极管，其中，
所述第三二极管的正极与所述第一开关管的发射极相连，负极与所述第一开关管的集电极相连；
所述第四二极管的正极与所述第二开关管的发射极相连，负极与所述第二开关管的集电极相连。
可选的，所述第一开关管和所述第二开关管均为双管型绝缘栅双极晶体管I GBT。
可选的，本发明提供的DC/DC变流器，还包括散热器，所述散热器用于散发所述变流电路的热量。
可选的，所述散热器包括散热器基板；
散热器翅片，所述散热器翅片的固定端固定在所述散热器基板上，所述散热器翅片为由所述散热器翅片的自由端向所述固定端渐扩的针状结构。
可选的，所述散热器基板包括靠近出风口的第一端和靠近进风口的第二端，且所述第一端上的散热器翅片的密度大于所述第二端上的散热器翅片的密度。
可选的，所述散热器基板上靠近热损耗大的功率器件处的散热器翅片的密度大于靠近热损耗小的功率器件处的散热器翅片的密度。
可选的，本发明提供的DC/DC变流器，还包括控制器，其中，
所述控制器分别与各所述变流电路的控制端相连。
本发明提供的DC/DC变流器，至少包括两个变流电路，如果变流器需要接入电压较大的第一电源，各变流电路的输入端首先串联连接，以满足接入第一电源的耐压要求，并在串联后与第一电源连接，如果变流器需要接入电压较小的第二电源，各变流电路的输入端无需并联，可以选择其中的一个或多个变流电路与第二电源相连，各变流电路的输出端分别与负载相连，向负载供电。本发明提供的DC/DC变流器，变流电路之间的连接方式灵活可变，可以针对具体的电源电压进行选择，实现对不同电压等级电源的兼容，从而提高DC/DC变流器的通用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术内的技术方案，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，下面描述内的附图仅仅是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的DC/DC变流器的电路拓扑图；
图2是本发明实施例提供的DC/DC变流器的三维结构示意图；
图3是本发明实施例提供的DC/DC变流器的散热器的正视图；
图4是本发明实施例提供的DC/DC变流器的散热器的侧视图。
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，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
参见图1，图1是本发明实施例提供的DC/DC变流器的电路拓扑图，本发明实施例提供的DC/DC变流器至少包括两个变流电路(图1中示例性的给出两个)，其中，
在接入第一电源时，首先将各变流电路的输入端进行串联连接，并在串联后与第一电源连接；在接入第二电源时，至少一个变流电路的输入端与第二电源相连。
需要说明的是，在图1所示的实施例中，仅示例性的给出DC/DC变流器连接第一电源(图中以Vin示出)时的情况，两个变流电路的输入端串联，串联连接点以X3表示，二者串联后的输入端分别以X1和X2表示。相应的，在接入第二电源时，将变流电路的串联连接点断开，各变流电路成为功能独立的变流电路，可以满足接入第二电源的要求。
可以想到的是，当各个变流电路的输入端串联连接时，电路整体的耐压水平将成倍提高，因此，变流电路输入端串联连接后接入的第一电源的电压应大于第二电源的电压。比如，第一电源的电压可以为DC1500V，而第二电源电压可以为DC750V。
对于接入第二电源的情况，具体接入变流电路的数量，应该根据负载的供电需求而定，如果选择一个变流电路就可以满足负载的供电需求，可以选取各变流电路中的任意一个与第二电源连接即可，相应的，如果负载的供电需求较大，则可以同时接入DC/DC变流器中的变流电路，本发明申请对于连接第二电源时变流电路的具体选择不做限定。
在图1所示电路拓扑中，以Vout表示各变流电路的输出端，在实际应用中，各变流电路的输出端分别与负载相连，向负载提供电能。
综上所述，本发明实施例提供的DC/DC变流器，提供至少两个变流电路，变流电路之间的连接方式可以根据接入电源的电压等级的不同进行灵活调整，使得DC/DC变流器适应多种电压等级成为可能，在具体应用于某一电压等级的场景中时，可以针对具体的电源电压进行电路连接关系的调整，实现对不同电压等级电源的兼容，从而提高DC/DC变流器的通用性。
进一步的，如图1所示，本发明实施例提供的变流电路包括升压电路和LLC谐振电路，由于变流器中各变流电路的电路拓扑结构相同，下面仅针对一个变流电路对其具体构成进行阐述。
具体的，升压电路的输入端作为变流电路的输入端，用于与电源相连接，升压电路的输出端与LLC谐振电路的输入端相连，LLC谐振电路的输出端作为变流电路的输出端用于与负载相连。
可选的，升压电路包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第一电容C1，以及第二电容C2。第一二极管D1的正极与第一开关管Q1的集电极相连，第一二极管D1的负极与第一电容C1的一端相连，第一电容C1的另一端与第一开关管Q1的发射极相连。即第一二极管D1与第一电容C1串联连接，形成一串联支路，然后并联于第一开关管Q1的集电极与发射极之间。
第二二极管D2的负极与第二开关管Q2的发射极相连，第二二极管D2的正极与第二电容C2的一端相连，第二电容C2的另一端与第二开关管Q2的集电极相连。即第二电容C2与第二二极管D2串联连接之后，并联于第二开关管Q2的集电极与发射极之间。
可选的，为保证第一开关管Q1以及第二开关管Q2的安全运行，升压电路还可以设置第三二极管D3和第四二极管D4。其中，第三二极管D3的正极与第一开关管Q1的发射极相连，负极与第一开关管Q1的集电极相连；第四二极管D4的正极与第二开关管Q2的发射极相连，负极与第二开关管Q2的集电极相连，第三二极管D3和第四二极管D4可用于防止相应的开关管反向击穿。
第一开关管Q1的集电极作为升压电路的第一输入端，第一开关管Q1的发射极与第二开关管Q2的集电极相连，第二开关管Q2的发射极作为升压电路的第二输入端。如前所述，升压电路的输入端作为变流电路的输入端，亦即，第一开关管Q1的集电极以及第二开关管Q2的发射极组合，作为变流电路的输入端。
进一步的，第一二极管D1与第一电容C1进行串联的连接点，即第一二极管D1与第一电容C1的公共端，将作为升压电路的第一输出端；第二二极管D2与第二电容C2进行串联的连接点，即第二二极管D2与第二电容C2的公共端，将作为升压电路的第二输出端。第一输出端与第二输出端组合，作为升压电路的输出端与后续LLC谐振电路的输入端相连。
可选的，本发明实施例中的第一开关管Q1以及第二开关管Q2均可选用双管型IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，绝缘栅双极晶体管)。选用双管器件，大封装结构，可以显著提高功率器件的散热效果，还可以满足后续的扩容需求。同样的，变流电路中LLC谐振电路所使用的IGBT开关管也可选用双管器件，采用大封装结构，在具备较高散热效果的同时，还可使得整个变流电路中所使用的IGBT器件的尺寸一致，便于结构的设计优化。
根据图1所示的连接关系以及上述内容可以看出，在图1所示实施例采用两个变流电路串联连接时，可以看作是四个开关管的串联连接，四个开关管共同承担接入的第一电源的电压。因此，当电路中任意一个开关管故障击穿短路时，第一电源的电压将均衡的施加在另外三个开关管之上，单个开关管只承受第一电源电压的1/3，不容易因为承受过电压而发生算坏，进而也就不容易造成前级电路过流而导致前级电路器件的损坏，有效避免系统故障扩大化，与现有技术中的升压电路相比，可以显著提高系统运行的稳定性。
需要特别说明的是，在图1所示的电路拓扑图中，仅是示例性的示出本发明实施例做出创造性改进的内容，对于为实现DC/DC变流器的功能所必需的、现有技术中的其他相关内容并未示出，在具体实施时，可以参照现有技术中的实现方式设置，本发明对此不做限定。
可选的，参见图2，图2是本发明实施例提供的DC/DC变流器的三维结构示意图。在图2所示实施例中，控制系统用于控制变流电路中各开关管的动作顺序，以实现交错串联的三电平升压电路的功能，同时，还用于控制LLC谐振电路实现软开关技术，实现电能利用率的提高。具体的，控制系统中的控制器(图中未示出)分别与各变流电路的控制端相连，用于控制各变流电路按照预设控制逻辑工作。对于图1所示实施例所提供的变流电路而言，控制器应分别与升压电路以及LLC谐振电路中开关管的门极相连，进而控制各开关管的通断。
在实际应用中，功率器件以及其他电气元件在工作中都会产生大量的热量，为保证这些电气元件以及设备整体的正常、安全运行，需要及时的将电气元件产生的热量散发掉。因此，当依靠电气元件自身的散热能力无法满足散热要求时，需要添加相应的散热器辅助散热，加快热量的散发。参见图2，本发明实施例提供的DC/DC变流器，还可以包括散热器，用于散发变流电路在工作过程中产生的热量。
可选的，结合图3和图4，其中，图3是本发明实施例提供的DC/DC变流器的散热器的正视图，图4是本发明实施例提供的DC/DC变流器的散热器的侧视图，本发明实施例提供的散热器包括散热器基板1和散热器翅片2，其中，该散热器翅片2的固定端固定在散热器基板1上，而散热器翅片2为由散热器翅片2的自由端向固定端渐扩的针状结构，此处的自由端为散热器翅片2没有连接的一端，即与固定端相对的一端。本申请中在散热器基板1上增加散热器翅片2，并将散热器翅片2表面设置为渐变的结构，可增大散热器表面的散热面积，从而提高散热效果。对于散热器翅片2的尺寸和个数可根据不同的需要进行设置，且均在保护范围内。
具体的实施例中，上述的散热器基板1包括靠近出风口的第一端和靠近进风口的第二端，并且第一端上的散热器翅片2的密度大于第二端上的散热器翅片2的密度。具体的，第一端上的散热器翅片2和第二端上的散热器翅片2都是均匀布置的。由于靠近进风口处的第二端的温度会比靠近出风口处的第一端的温度高，因此，上述设置，增强了散热器翅片2间的湍流度，可保证整个散热器基板1温度更加均匀。对于第一端的散热器翅片2的密度和第二端的散热器翅片2的密度可跟实际需要进行调整，在此不做详细限定。
本申请中的散热器基板1上靠近热损耗大的功率器件处的散热器翅片2的密度大于靠近热损耗小的功率器件处的散热器翅片2的密度。在实际中根据实际热损耗进行局部加密，散热器翅片2的布置灵活多变，可以进行散热器翅片2数量和间距的调整以满足不同的散热需求。
散热器翅片2高度也可以根据实际需求进行调整，不同方向的散热器翅片2数量根据实际散热情况进行合理布置。本申请的核心在于提高散热器的散热性能以及使散热器基板1温度均衡，从增大整个散热器的散热面积，增强散热器翅片2间的湍流度，以及调整散热器翅片2的数量、分布、厚度等设计方法来实现。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
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。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
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核心思想或范围的情况下，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 (10)

1.一种DC/DC变流器，其特征在于，包括：至少两个变流电路，其中，
在接入第一电源时，各所述变流电路的输入端串联后与所述第一电源连接；
在接入第二电源时，至少一个所述变流电路的输入端与所述第二电源相连，其中，所述第一电源的电压大于所述第二电源的电压；
各所述变流电路的输出端分别与负载相连。
2.根据权利要求1所述的DC/DC变流器，其特征在于，所述变流电路包括升压电路和LLC谐振电路，其中，
所述升压电路的输入端作为所述变流电路的输入端，所述升压电路的输出端与所述LLC谐振电路的输入端相连；
所述LLC谐振电路的输出端作为所述变流电路的输出端。
3.根据权利要求2所述的DC/DC变流器，其特征在于，所述升压电路包括：第一开关管、第二开关管、第一二极管、第二二极管、第一电容，以及第二电容，其中，
所述第一二极管的正极与所述第一开关管的集电极相连，所述第一二极管的负极与所述第一电容的一端相连；
所述第一电容的另一端与所述第一开关管的发射极相连；
所述第二二极管的负极与所述第二开关管的发射极相连，所述第二二极管的正极与所述第二电容的一端相连；
所述第二电容的另一端与所述第二开关管的集电极相连；
所述第一开关管的集电极作为所述升压电路的第一输入端，所述第一开关管的发射极与所述第二开关管的集电极相连，所述第二开关管的发射极作为所述升压电路的第二输入端；
所述第一二极管与所述第一电容的连接点，作为所述升压电路的第一输出端，所述第二二极管与所述第二电容的连接点，作为所述升压电路的第二输出端。
4.根据权利要求3所述的DC/DC变流器，其特征在于，所述升压电路还包括：第三二极管和第四二极管，其中，
所述第三二极管的正极与所述第一开关管的发射极相连，负极与所述第一开关管的集电极相连；
所述第四二极管的正极与所述第二开关管的发射极相连，负极与所述第二开关管的集电极相连。
5.根据权利要求3所述的DC/DC变流器，其特征在于，所述第一开关管和所述第二开关管均为双管型绝缘栅双极晶体管IGBT。
6.根据权利要求1所述的DC/DC变流器，其特征在于，还包括散热器，所述散热器用于散发所述变流电路的热量。
7.根据权利要求6所述的DC/DC变流器，其特征在于，所述散热器包括散热器基板；
散热器翅片，所述散热器翅片的固定端固定在所述散热器基板上，所述散热器翅片为由所述散热器翅片的自由端向所述固定端渐扩的针状结构。
8.根据权利要求7所述的DC/DC变流器，其特征在于，所述散热器基板包括靠近出风口的第一端和靠近进风口的第二端，且所述第一端上的散热器翅片的密度大于所述第二端上的散热器翅片的密度。
9.根据权利要求7所述的DC/DC变流器，其特征在于，所述散热器基板上靠近热损耗大的功率器件处的散热器翅片的密度大于靠近热损耗小的功率器件处的散热器翅片的密度。
10.根据权利要求1-9任一项所述的DC/DC变流器，其特征在于，还包括控制器，其中，
所述控制器分别与各所述变流电路的控制端相连。
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