CN113472205A - 反激式转换器 - Google Patents

Abstract

公开了一种反激式转换器，该转换器包括DC输入、至少一个DC输出和反激式转换器控制电路，其中，反激式转换器进一步包括：耦合到DC输入的第一调节器电路，第一调节器电路向反激式转换器控制电路供应电力，直到反激式转换器控制电路完全激活为止；耦合到第一调节器电路的第二调节器电路，第二调节器电路在反激式转换器控制电路完全激活之后向反激式转换器控制电路供应电力，其中，当反激式转换器控制电路由第二调节器电路供电时，第一调节器电路非激活；耦合到反激式转换器控制电路的开关器件；以及耦合在DC输入与DC输出之间并且耦合到开关器件的变压器。

Description

反激式转换器

技术领域

本公开涉及电力电子技术领域，并且更具体地涉及一种反激式转换器(flybackconverter)。

背景技术

完全或部分由电动马达驱动的车辆变得越来越流行。在诸如电池电动汽车(BEV)、混合电动汽车(HEV)、插电式混合电动汽车(PHEV)和燃料电池电动汽车(FCEV)等电动汽车(xEV)的当前配电系统中，反激式转换器被广泛用于将由例如车辆上的电池(通常是高压电池(诸如300V或600V)或辅助铅电池(例如12/24V))供应的输入电压转换为小于输入水平的最佳电压水平。常规的反激式转换器包括具有初级侧和与初级侧隔离的次级侧的变压器，并且包括用于接通和断开开关器件(诸如MOSFET)以将能量从初级侧转移到次级侧的反激式转换器控制电路。以常规的方式，调节器电路用于为反激式转换器控制电路供应电力，但输入电压变得越高(诸如300V或600V，高于60V)，调节器电路(通常是电阻分压器)就相对越大并且在转移过程中导致的功率损失就越多。

发明内容

本发明的一个方面是提供一种具有较少的功率损耗的紧凑的反激式转换器。反激式转换器包括DC输入、至少一个DC输出和反激式转换器控制电路，其中，所述反激式转换器进一步包括：耦合到所述DC输入的第一调节器电路，所述第一调节器电路向所述反激式转换器控制电路供应电力，直到所述反激式转换器控制电路完全激活为止，耦合到所述第一调节器电路的第二调节器电路，所述第二调节器电路在所述反激式转换器控制电路完全激活之后向所述反激式转换器控制电路供应电力，其中，当所述反激式转换器控制电路由所述第二调节器电路供电时，所述第一调节器电路非激活，耦合到所述反激式转换器控制电路的开关器件，以及耦合在所述DC输入与所述DC输出之间并且耦合到所述开关器件的变压器。

通过这种设计，即使在较高输入电压的应用中，向反激式转换器控制电路供应电力的调节器电路也完全可以保持紧凑和高效，并且输出电路也可以由于其连接到变压器次级绕组而容易地与周围环境隔离，同时部件的数量也可以有利地较少。

附图说明

图1示意性地展示了根据本发明的实施例的反激式转换器。

图2展示了图1的反激式转换器的缓冲器电路，该缓冲器电路以另一种方式耦合到开关器件和初级绕组。

图3示意性地展示了反激式转换器拓扑的接通状态。

图4示意性地展示了反激式转换器拓扑的断开状态。

图5示意性地展示了根据本发明的另一实施例的反激式转换器。

图6示意性地展示了当次级绕组的数量超过两个时根据本发明又一实施例的反激式转换器。

具体实施方式

现在参考图1至图4，详细展示了根据本发明的实施例的反激式转换器。反激式转换器在xEV中用于进行指定的电压转换。反激式转换器包括DC输入、DC输出、反激式转换器控制电路100和开关器件S1(通常是MOSFET)。DC输入耦合到高压电网(诸如电压高于60V的车辆电池)，并且DC输出耦合到为车辆的电模块(诸如空调系统、电动动力转向系统等)供电的低压电网。低压低于60V，通常为12V或24V。在这种情况下，根据(在车辆安全规定中指定的)高于60V的电路应当与低于60V的电路电隔离的典型情况，高于60V的电压被称为高压，而低于60V的电压被称为低压，但是应该理解，其他电压值也可以用作高/低压。

参见图1，反激式转换器进一步包括耦合到DC输入的第一调节器电路201、耦合到第一调节器电路201的第二调节器电路202、以及耦合在DC输入与DC输出之间并耦合到开关器件S1的变压器300。变压器包括耦合到开关器件S1和DC输入两者的初级绕组Lp、以及耦合到第二调节器电路202的三级绕组Lcc。初级绕组Lp的极性带点端(polarity-dotted end)耦合到第一调节器电路201，并且初级绕组Lp的另一端通过开关器件S1接地。第一二极管D1和第一电容器C1耦合到三级绕组Lcc。特别地，第一电容器C1的一端接地并且耦合到三级绕组Lcc的极性带点端，而三级绕组Lcc的另一端耦合到第一二极管D1的阳极，并且第一二极管D1的阴极耦合到第一电容器C1的另一端和第二调节器电路202。当反激式转换器上电时，通常反激式转换器控制电路(下文中称为控制电路)将不会立即完全激活。在这种情况下，在反激式转换器中提供两个调节器电路：第一调节器电路201，向控制电路100供应电力，直到控制电路完全激活为止；以及第二调节器电路202，在控制电路100完全激活之后向控制电路供应电力，其中，当反激式转换器控制电路由第二调节器电路供电时，第一调节器电路变为非激活。第二调节器电路202从磁耦合到初级绕组Lp的三级绕组Lcc获取电力，因此第二调节器电路的功率损耗小得多。仅在启动开始并且当控制电路未完全激活时运行第一调节器电路201(通常具有很大的功率损耗)。在控制电路完全激活并且反激式转换器正常运行之后，对控制电路的电力供应切换到第二调节器电路202。因此，与常规的反激式转换器相比，正常运行期间的功率损耗大大降低。

变压器300进一步包括耦合到DC输出的至少一个次级绕组Ls1(在图1中，仅示出了一个次级绕组)。控制电路100交替地接通和断开开关器件S1，并进行到次级绕组侧的指定的电压转换。在该实施例中，使用N型MOSFET，MOSFET的栅极耦合到控制电路，MOSFET的漏极耦合到初级绕组的另一端，并且MOSFET的源极接地。但是本领域技术人员应该理解，如IGBT的另一种开关器件也是一种选项。缓冲器电路400耦合到MOSFET，以抑制在MOSFET切换时总是在初级绕组的端部之间生成的异常电压，并且因此可以避免由这种异常电压引起的MOSFET击穿。在图1(参见在虚线框A)中，缓冲器电路耦合在MOSFET的漏极与初级绕组Lp的极性带点端之间。参见图2，在另一个优选实施例中，缓冲器电路耦合在MOSFET的源极与初级绕组的另一端之间。

在该实施例中，次级绕组侧的地与初级绕组侧的地电隔离。更具体地，仅次级绕组侧的地连接到车辆底盘(初级绕组侧的地应从车辆底盘浮置)。在此，从车辆底盘浮置的初级侧的地能防止乘客在意外触及带电零件时触电。作为意外后的预期情况，一只手触及带电零件，且另一只手触及车身(连接到车辆底盘)。在这种情况下，乘客将被高电压电池通电，因为如果初级侧的地连接到车辆底盘，则他/她的手会形成载流回路，这必须被避免。通过浮置初级侧的地，在高压电路由于意外(诸如汽车碰撞)而暴露时可以防止乘客触电。

现在参考图3和图4，展示了反激式转换器的运行模式。在开关“接通状态”中，电流流过初级绕组并且能量被充入电感器(初级绕组)Lp中，因为由于变压器以相反极性磁耦合，并且由于二极管Ds1，电流无法流过次级绕组。但是，从大电容Cs1流过负载的电流(示出为箭头)不会使负载电流中断。在开关“断开状态”下，充入电感器Lp的能量经由变压器释放到次级侧。电流为存储电容器充电，并且还被供应到负载。在“断开状态”下，电容器Cs1一直被充电。

图5展示了包括反馈电路的反激式转换器的实施例。反馈电路耦合到控制电路100，并且包括反馈绕组Lfb、第二二极管D2和第二电容器C2。第二电容器C2的一端耦合到控制电路100和第二二极管D2的阴极，并且第二电容器C2的另一端接地并且耦合到反馈绕组Lfb的极性带点端。第二二极管D2的阳极耦合到反馈绕组Lfb的另一端。控制器电路接通和断开开关器件以通过参考反馈电路的电压来调节次级绕组的电压。

在图5所示的实施例中，输出也耦合到高压电网(高于60V)。DC输出的电压与DC输入的电压不同。在这种情况下，没有在初级绕组侧和次级绕组侧之间提供隔离，并且次级绕组侧的地与初级绕组侧的地具有相同的参考电势。

图6展示了包括多个次级绕组Ls1、Ls2、...、LsN的反激式转换器的又一实施例。次级绕组Ls1耦合到低压电网，并且次级绕组Ls1的地连接到车辆底盘。如Ls2和LsN的其他次级绕组耦合到高压电网。次级绕组Ls2的地51是与初级绕组侧相同的地，而次级绕组LsN的地52既不是初级绕组侧的地的参考电势，也不是连接到车辆底盘的参考电势。

因此，尽管已经参考特定实施例描述了本发明，但是本说明书是对本发明的说明，而不应被解释为对本发明的限制。在不脱离由所附权利要求限定的本发明的真实精神和范围的情况下，本领域技术人员可以想到多个不同的修改和应用。

Claims (16)

1.一种反激式转换器，包括DC输入、至少一个DC输出和反激式转换器控制电路，其中，所述反激式转换器进一步包括：

耦合到所述DC输入的第一调节器电路，所述第一调节器电路向所述反激式转换器控制电路供应电力，直到所述反激式转换器控制电路完全激活为止，

耦合到所述第一调节器电路的第二调节器电路，所述第二调节器电路在所述反激式转换器控制电路完全激活之后向所述反激式转换器控制电路供应电力，其中，当所述反激式转换器控制电路由所述第二调节器电路供电时，所述第一调节器电路非激活，

耦合到所述反激式转换器控制电路的开关器件，以及

耦合在所述DC输入与所述DC输出之间并耦合到所述开关器件的变压器。

2.如权利要求1所述的反激式转换器，其中，所述反激式转换器控制电路交替地接通和断开所述开关器件。

3.如权利要求1所述的反激式转换器，其中，所述变压器包括：

耦合到所述开关器件和所述DC输入两者的初级绕组，

耦合到所述DC输出的至少一个次级绕组，以及

耦合到所述第二调节器电路的三级绕组。

4.如权利要求3所述的反激式转换器，其中，所述初级绕组的极性带点端耦合到所述第一调节器电路，并且所述初级绕组的另一端通过所述开关器件接地。

5.如权利要求4所述的反激式转换器，其中，所述开关器件是MOSFET。

6.如权利要求5所述的反激式转换器，其中，所述开关器件是N型MOSFET，所述MOSFET的栅极耦合到所述反激式转换器控制电路，所述MOSFET的漏极耦合到所述初级绕组的另一端，并且所述MOSFET的源极接地。

7.如权利要求6所述的反激式转换器，其中，所述反激式转换器进一步包括用于抑制在所述MOSFET切换时在所述初级绕组的端部之间生成的异常电压的缓冲器电路，所述缓冲器电路耦合在所述MOSFET的漏极与所述初级绕组的极性带点端之间、或者耦合在所述MOSFET的源极与所述初级绕组的另一端之间。

8.如权利要求3所述的反激式转换器，其中，所述反激式转换器还包括第一二极管和第一电容器，所述第一电容器的一端接地并且耦合到所述三级绕组的极性带点端，所述三级绕组的另一端耦合到所述第一二极管的阳极，所述第一二极管的阴极耦合到所述第一电容器的另一端和所述第二调节器电路。

9.如权利要求3所述的反激式转换器，其中，所述反激式转换器进一步包括耦合到所述反激式转换器控制电路的反馈电路，所述反激式转换器控制器电路接通和断开所述开关器件以通过参考所述反馈电路的电压来调节所述次级绕组的电压。

10.如权利要求9所述的反激式转换器，其中，所述反馈电路包括反馈绕组、第二二极管和第二电容器，所述第二电容器的一端耦合到所述反激式转换器控制电路和所述第二二极管的阴极，所述第二电容器的另一端接地并且耦合到所述反馈绕组的极性带点端，所述第二二极管的阳极耦合到所述反馈绕组的另一端。

11.如权利要求3所述的反激式转换器，所述DC输入耦合到高压电网，并且所述高压高于60V，所述DC输出耦合到低压电网，并且所述低压低于60V。

12.如权利要求11所述的反激式转换器，其中，所述次级绕组侧的地与所述初级绕组侧的地电隔离。

13.如权利要求11所述的反激式转换器，其中，所述次级绕组侧的地耦合到车辆底盘。

14.如权利要求3所述的反激式转换器，所述DC输入和所述DC输出都耦合到高压电网，所述高压高于60V，所述DC输出的电压与所述DC输入的电压不同。

15.如权利要求14所述的反激式转换器，其中，所述次级绕组侧的地和所述初级绕组侧的地具有相同的参考电势。

16.如权利要求14所述的反激式转换器，其中，所述次级绕组侧的地的参考电势既不是所述初级绕组侧的地的参考电势，也不是连接到车辆底盘的参考电势。

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