CN114244125B - 直流变换器及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种直流变换器及电子设备，通过滤波模块中的开关模块为电感提供续流通路，大大减小了第一变换模块中开关管的电压应力，避免开关管因电压应力过大导致损坏的问题，进而提高了整个直流变换器的可靠性。同时，实现了高压电池所在的高压系统中的电容的快速预充电。直流变换器可以包括依次连接的滤波模块、第一变换模块、变压模块和第二变换模块，滤波模块包括串联的电感和开关模块。
Description
技术领域
本申请涉及能源技术领域，并且更具体地，涉及能源技术领域中的一种直流变换器及电子设备。
背景技术
随着科技的飞速发展，节能和环保成为汽车技术的主要发展方向，因此新能源汽车得到了广泛的应用。由于新能源汽车上安装的电机控制器、气泵控制器、油泵控制器和直流变换器等需要通过高压电池供电，所以需要通过预充电电路为高压电池所在的高压系统中的电容进行预充电。
相关技术采用高压接触器和电阻串联构成的预充电电路实现电容的预充电。该技术方案需要给高压系统设置高压接触器和电阻，成本高，且影响高压系统的可靠性。
因此，需要一种成本低，且能够提高高压系统可靠性的技术方案。
发明内容
本申请提供一种直流变换器及电子设备，降低了高压系统的成本，提高了高压系统的可靠性，减小了直流变换器中开关管的电压应力，且实现了高压系统中的电容的快速预充电。
第一方面，本申请提供了一种直流变流器，可以包括滤波模块、第一变换模块、变压模块和第二变换模块。
其中，滤波模块可以包括电感和开关模块，电感可以与开关模块并联。
可选地，直流变流器可以包括第一直流端、第二直流端、第三直流端和第四直流端。滤波模块的第一端可以连接第一直流端，滤波模块的第二端可以连接变压模块的第一端，第一变换模块的可以第一端连接第二直流端，第一变换模块的第二端可以连接变压模块的第一端，变压模块的第二端可以连接第二变换模块的第一端，第二变换模块的第二端可以连接第三直流端和第四直流端。
根据上述连接关系，可以得到：
滤波模块可以用于：通过电感和开关模块将第一直流端和第二直流端之间的第一直流电传输给第一变换模块。
第一变换模块可以用于：将第一直流电变换(即逆变)为第一交流电并传输给变压模块。
变压模块可以用于：将第一交流电的电压值进行调整，并将调整后的第一交流电传输给第二变换模块。
第二变换模块可以用于：将调整后的第一交流电变换(即整流)为第二直流电并传输给第三直流端和第四直流端。
可以理解的，在直流变换器将第一直流电变换为第二直流电的过程中，当开关模块导通时，直接通过开关模块(不经过电感)将第一直流电传输给第一变换模块，当开关模块关断时，可以通过电感将第一直流电传输给第一变换模块，电感可以起到升压作用。
还可以理解的，变压模块可以将第一交流电的电压值升高(即变压模块起到了升压作用)，于是调整后的第一交流电的电压值则高于第一变换模块传输的第一交流电。类似地，变压模块可以将第一交流电的电压值降低(即变压模块起到了降压作用)，于是调整后的第一交流电的电压值则低于第一变换模块传输的第一交流电。同时，变压模块还可以起到隔离作用。
本申请提供的直流变换器逆向工作时，开关模块可以在第一变换模块中的开关管的占空比小于0.5时导通，为电感提供续流通路，大大减小了第一变换模块中开关管的电压应力，避免开关管因电压应力过大导致损坏的问题，进而提高了整个直流变换器的可靠性。同时，开关模块可以在第一变换模块中的开关管的占空比大于0.5时关断，实现了高压系统中的电容的快速预充电。
另外，本申请提供的直流变换器避免使用高压接触器和电阻(功率较大，起到限流作用)，降低了直流变换器的成本，且提高了直流变换器的可靠性。
在一种可能的实现方式中，第一直流端和第二直流端可以构成直流变换器的输入端，第三直流端和第四直流端可以构成直流变换器的输出端。
在另一种可能的实现方式中，第三直流端和第四直流端可以构成直流变换器的输入端，第一直流端和第二直流端可以构成直流变换器的输出端。
可以理解的，直流变换器为双向变换器。也就是说，直流变换器将第一直流电变换为第二直流电的过程为直流变换器的逆向工作过程，直流变换器将第二直流电变换为第一直流电的过程为直流变换器的正向工作过程。
于是，可以想到的是，当直流变换器正向工作时：
第二变换模块还可以用于：将第二直流电变换(即逆变)为交流电并传输给变压模块。
变压模块还可以用于：将第二变换模块传输的交流电的电压值进行调整，并将调整后的交流电传输给第一变换模块。
可以理解的，变压模块可以将第二变换模块传输的交流电的电压值升高(即变压模块起到了升压作用)，于是调整后的交流电的电压值则高于第二变换模块传输的交流电。类似地，变压模块可以将第二变换模块传输的交流电的电压值降低(即变压模块起到了降压作用)，于是调整后的交流电的电压值则低于第二变换模块传输的交流电。同时，变压模块还可以起到隔离作用。
第一变换模块可以用于：将变压模块传输的调整后的交流电变换为直流电并传输给滤波模块。
可以理解的，第一变换模块起到了整流的作用。
滤波模块还可以用于：根据电感与开关模块对第一变换模块传输的直流电进行滤波，并将滤波后的直流电通过第一直流端和第二直流端输出。
可以理解的，当直流变换器正向工作时，开关模块处于关断状态，所以滤波模块可以通过电感(还可以结合滤波模块中的第一电容，可参考下文介绍)对第一变换模块传输的直流电进行滤波。
在一种可能的实现方式中，开关模块可以包括第一开关管和第二开关管。第一开关管的第一极可以连接电感的第一端，第一开关管的第二极可以连接第二开关管的第二极，第二开关管的第一极可以连接电感的第二端。
可选地，第一开关管可以包括第一绝缘栅型场效应管，第二开关管可以包括第二绝缘栅型场效应管。那么，第一绝缘栅型场效应管的漏极可以连接电感的第一端，第一绝缘栅型场效应管的源极可以连接第二绝缘栅型场效应管的源极，第二绝缘栅型场效应管的漏极可以连接电感的第二端。
在另一种可能的实现方式中，开关模块可以包括一个绝缘栅双极型晶体管。绝缘栅双极型晶体管的集电极可以连接电感的第一端，绝缘栅双极型晶体管的发射极可以连接电感的第二端。
在再一种可能的实现方式中，开关模块可以包括一个继电器。继电器的一端可以连接电感的第一端，继电器的另一端可以连接电感的第二端。
需要说明的是，开关模块还可以采用其他形式，只要是可控的功率器件，且能够为电感提供续流通路即可，本申请对此不做限定。
在一种可能的实现方式中，滤波模块还可以包括第一电容。第一电容的正极端可以连接电感的第一端，第一电容的负极端可以连接第二直流端和第一变换模块的第一端。
在一示例中，变压模块可以包括第一变压器。第一变压器可以包括第一绕组、第二绕组、第三绕组和磁芯。第一绕组与第二绕组之间可以通过磁芯磁耦合，第一绕组与第三绕组之间可以通过磁芯磁耦合。
第一绕组的第一端和第二端可以分别连接第二变换模块的第一端，第二绕组的第一端可以连接第一变换模块的第二端，第二绕组的第二端可以连接电感的第二端和第三绕组的第一端，第三绕组的第二端可以连接第一变换模块的第二端。
可选地，在上述第一变压器的基础上，变压模块还可以包括第二电容(谐波电容)。第二电容的第一端可以连接第二变换模块的第一端，第二电容的第二端可以连接第一绕组的第一端。
可选地，在上述第一变压器的基础上，变压模块还可以包括谐波电感。谐波电感的第一端可以连接第二变换模块的第一端，谐波电感的第二端可以连接第一绕组的第一端。
可选地，在上述第一变压器的基础上，变压模块还可以包括第二电容和谐波电感。第二电容的第一端可以连接第二变换模块的第一端，第二电容的第二端可以连接谐波电感的第一端，谐波电感的第二端可以连接第一绕组的第一端。
需要说明的是，包括第一变压器的变压模块不局限于以上几种拓扑结构，还可以为其他的拓扑结构，本申请不做限定。
在一种可能的实现方式中，第一绕组的第一端、第二绕组的第一端和第三绕组的第一端可以互为同名端。
进一步地，第一变换模块可以包括第三开关管和第四开关管。第三开关管的第一极可以连接第三绕组的第二端，第四开关管的第一极可以连接第二绕组的第一端，第三开关管的第二极和第四开关管的第二极可以分别与第二直流端连接。
可选地，第三开关管可以包括第三绝缘栅型场效应管，第四开关管可以包括第四绝缘栅型场效应管。第三绝缘栅型场效应管的漏极可以连接第三绕组的第二端，第四绝缘栅型场效应管的漏极可以连接第二绕组的第一端，第三绝缘栅型场效应管的源极和第四绝缘栅型场效应管的源极可以分别与第二直流端连接。
在另一示例中，变换模块可以包括第二变压器。第二变压器可以包括第一绕组、第二绕组和磁芯，第一绕组与第二绕组之间通过磁芯磁耦合。
第一绕组的第一端和第二端可以分别连接第二变换模块的第一端，第一绕组的第二端可以直接连接第二变换模块的第一端，第二绕组的第一端和第二端均可以连接第一变换模块的第二端。
可选地，在第二变压器的基础上，变压模块还可以包括第二电容(起到谐波作用，可以叫作谐波电容)。第二电容的第一端可以连接第二变换模块的第一端，第二电容的第二端可以连接第一绕组的第一端。
可选地，在第二变压器的基础上，变压模块还可以包括谐波电感。谐波电感的第一端可以连接第二变换模块的第一端，谐波电感的第二端可以连接第一绕组的第一端。
可选地，在第二变压器的基础上，变压模块还可以包括第二电容和谐波电感。第二电容的第一端可以连接第二变换模块的第一端，第二电容的第二端可以连接谐波电感的第一端，谐波电感的第二端可以连接第一绕组的第一端。
需要说明的是，包括第二变压器的变压模块不局限于以上几种拓扑结构，还可以为其他的拓扑结构，本申请不做限定。
在一种可能的实现方式中，第一绕组的第一端与第二绕组的第一端可以互为同名端。
进一步地，第一变换模块包括第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管。
可选地，第五开关管的第一极和第八开关管的第一极可以分别连接滤波模块中电感的第二端，第五开关管的第二极可以连接第六开关管的第一极述第七开关管的第二极可以连接第八开关管的第一极，第六开关管的第二极和第八开关管的第二极可以分别连接第二直流端。
可以看出，第一变换模块可以为全桥拓扑。其中，第五开关管和第六开关管可以串联，构成第一变换模块的第一桥臂。第七开关管和第八开关管可以串联，构成第一变换模块的第二桥臂。
可选地，第五开关管可以包括第五绝缘栅型场效应管，第六开关管可以包括第六绝缘栅型场效应管，第七开关管可以包括第七绝缘栅型场效应管，第八开关管可以包括第八绝缘栅型场效应管。
第五绝缘栅型场效应管的漏极和第七绝缘栅型场效应管的漏极可以分别连接滤波模块中电感的第二端，第五绝缘栅型场效应管的源极可以连接第六绝缘栅型场效应管的漏极，第七绝缘栅型场效应管的源极可以连接第八绝缘栅型场效应管的漏极，第六绝缘栅型场效应管的源极和第八绝缘栅型场效应管的源极可以分别连接第二直流端。
在一种可能的实现方式中，第二变换模块可以包括第九开关管、第十开关管、第十一开关管和第十二开关管。
第九开关管的第一极和第十一开关管的第一极可以分别连接第三直流端，第九开关管的第二极可以连接第十开关管的第一极，第十一开关管的第二极可以连接十二开关管的第一极，第十一开关管的第二极和第十二开关管的第二极可以分别连接第四直流端。
可以看出，第二变换模块可以为全桥拓扑。其中，第九开关管和第十开关管可以串联，构成第二变换模块的第一桥臂。第十一开关管和第十二开关管可以串联，构成第二变换模块的第二桥臂。
可选地，第九开关管可以包括第九绝缘栅型场效应管，第十开关管可以包括第十绝缘栅型场效应管，第十一开关管可以包括第十一绝缘栅型场效应管，第十二开关管可以包括第十二绝缘栅型场效应管。
第九绝缘栅型场效应管的漏极和第十一绝缘栅型场效应管的漏极可以分别连接第三直流端，第九绝缘栅型场效应管的源极可以连接第十绝缘栅型场效应管的漏极，第十一绝缘栅型场效应管的源极可以连接第十二绝缘栅型场效应管的漏极，第十绝缘栅型场效应管的源极和十二绝缘栅型场效应管的源极可以分别连接第四直流端。
从上述介绍可以看出，本申请例提供的直流变换器在逆向工作时，能够在第一变换模块中的所有开关管的占空比小于0.5的情况下，通过开关模块为电感提供续流通路，减小了第一变换模块中的所有开关管的关断电压应力。且能够在第一变换模块中的所有开关管的占空比大于0.5的情况下，实现对高压系统中的电容进行快速预充电。也就是说，本申请实施例提供的直流变换器不仅能够减小了第一变换模块中的所有开关管的关断电压应力，且能够为高压系统中电容实现快速预充电。
另外，与采用反激变压器和箝位电容的直流变换器相比，本申请实施例提供的直流变换器不需要采用体积大且成本高的磁性元件(反激变压器中的绕组)和箝位电容，因此，本申请实施例提供的直流变换器体积小，且成本低。
第二方面，本申请提供了一种电子设备，可以包括上述第一方面及其可能的实现方式提供的直流变换器。关于直流变换器的介绍可以参考上文，本申请在此不做赘述。
应当理解的是，本申请的第二方面与本申请的第一方面的技术方案一致，各方面及对应的可行实施方式所取得的有益效果相似，不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图进行简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1提供了本申请实施例的DC/DC变换器的一种示意性结构图；
图2提供了本申请实施例的DC/DC变换器的一种示意性结构图；
图3提供了本申请实施例的DC/DC变换器的一种示意性结构图；
图4提供了本申请实施例的DC/DC变换器的一种示意性结构图；
图5提供了本申请实施例的DC/DC变换器的一种示意性结构图；
图6提供了本申请实施例的DC/DC变换器的一种示意性结构图；
图7提供了本申请实施例的DC/DC变换器的一种示意性结构图；
图8提供了本申请实施例的DC/DC变换器的一种逻辑示意图；
图9提供了本申请实施例的DC/DC变换器的一种示意性结构图；
图10提供了本申请实施例的DC/DC变换器的一种逻辑示意图；
图11提供了本申请实施例的DC/DC变换器的一种示意性结构图；
图12提供了本申请实施例的DC/DC变换器的一种示意性结构图；
图13提供了本申请实施例的DC/DC变换器的一种示意性结构图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请中的附图，对本申请中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
本申请的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
应当理解，在本申请中，“至少一个(项)”是指一个或者多个，“多个”是指两个或两个以上。“和/或”，用于描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，“A和/或B”可以表示：只存在A，只存在B以及同时存在A和B三种情况，其中A，B可以是单数或者复数。字符“/”一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。“以下至少一项(个)”或其类似表达，是指这些项中的任意组合，包括单项(个)或复数项(个)的任意组合。例如，a，b或c中的至少一项(个)，可以表示：a，b，c，“a和b”，“a和c”，“b和c”，或“a和b和c”，其中a，b，c可以是单个，也可以是多个。
随着科技的飞速发展，节能和环保成为汽车技术的主要发展方向，因此新能源汽车得到了广泛的应用。由于新能源汽车上安装的电机控制器、气泵控制器、油泵控制器和直流变换器等需要通过高压电池供电，所以需要通过预充电电路为高压电池所在的高压系统中的电容进行预充电。
于是，可以采用高压接触器和电阻串联构成的预充电电路实现电容的预充电。但是需要给高压系统设置高压接触器和电阻，成本高，且影响高压系统的可靠性。
为了克服上述缺陷，本申请实施例提供了一种直流变换器(即直流(directcurrent，DC)/DC变换器)，如图1所示。DC/DC变换器1可以包括第一直流端(即图1中的DC1)、第二直流端(即图1中的DC2)、第三直流端(即图1中的DC3)和第四直流端(即图1中的DC4)。
在一示例中，DC1和DC2可以组成DC/DC变换器的输入端(DC1可以为DC/DC变换器的正极输入端，DC2可以为DC/DC变换器的负极输入端)，且DC3和DC4可以组成DC/DC变换器的输出端(DC3可以为DC/DC变换器的正极输出端，DC2可以为DC/DC变换器的负极输出端)。
在另一示例中，DC3和DC4可以组成DC/DC变换器的输入端(DC3可以为DC/DC变换器的正极输入端，DC2可以为DC/DC变换器的负极输入端)，DC1和DC2可以组成DC/DC变换器的输出端(DC1可以为DC/DC变换器的正极输出端，DC2可以为DC/DC变换器的负极输出端)。
可以理解的，本申请实施例提供的DC/DC变换器为双向变换器。也就是说，DC/DC变换器可以正向工作(即DC3和DC4作为DC/DC变换器的输入端，DC1和DC2作为DC/DC变换器的输出端)，还可以逆向工作(即DC1和DC2作为DC/DC变换器的输入端，DC3和DC4作为DC/DC变换器的输出端)。
可选地，本申请实施例提供的DC/DC变换器1可以包括滤波模块11、第一变换模块12、变压模块13和第二变换模块14，如图1所示。
图1中，Cbus表示高压系统中的电容。VDC1表示DC1和DC2之间的直流电(即第一直流电)，VDC2表示DC3和DC4之间的直流电(即第二直流电)。当DC/DC变换器1正向工作时，VDC1表示DC/DC变换器1的输出电压，VDC2表示DC/DC变换器1的输入电压。当DC/DC变换器1逆向工作时，VDC1表示DC/DC变换器1的输入电压，VDC2表示DC/DC变换器1的输出电压。
参考图1，滤波模块11可以包括电感L和开关模块S，电感L与开关模块S可以并联。也就是说，电感L的第一端(即图1中电感L的右端，也就是连接节点C的一端)与开关模块S的第一端(即图1中开关模块S的右端，也就是连接节点C的一端)连接，可以构成滤波模块11的第一端(即图1中滤波模块11的右端，也就是图1中的节点C)，电感L的第二端(即图1中电感L的左端，也就是连接节点D的一端)与开关模块S的第二端(即图1中开关模块S的左端，也就是连接节点D的一端)连接，可以构成滤波模块11的第二端(即图1中滤波模块11的左端，也就是图1中的节点D)。
滤波模块11的第一端(即节点C)可以连接DC1(图1中未示出)，滤波模块11的第二端(即节点D)可以连接变压模块13的第一端(即图1中变压模块13的右端，图1中未示出节点D与变压模块13的右端的连接)。第一变换模块12的第一端可以连接DC2(图1中未示出)，第一变换模块12的第二端(即图1中第一变换模块12的左端)连接变压模块11的第一端(即图1中变压模块11的右端)，变压模块13的第二端(即图1中变压模块13的左端)可以连接第二变换模块14的第一端(即图2中第二变换模块14的右端)，第二变换模块14的第二端(即图2中第二变换模块14的左端)可以连接DC/DC变换器1的DC3和DC4。
根据上述连接关系，可以进一步得到：
滤波模块11可以用于：根据电感L和开关模块S将VDC1(即第一直流电)传输给第一变换模块12。
可以理解的，在DC/DC变换器1将VDC1变换为VDC2的过程中，当开关模块S导通时，直接通过开关模块S(不经过电感L)将VDC1传输给第一变换模块12，当开关模块S关断时，可以通过电感L将VDC1传输给第一变换模块12，电感L起到升压作用。
第一变换模块12可以用于：将滤波后的第一直流电变换为第一交流电并传输给变压模块13。
可以理解的，DC/DC变换器1逆向工作时，第一变换模块12起到了逆变的作用。
变压模块13可以用于：将第一交流电的电压值进行调整，并将调整后的第一交流电传输给第二变换模块14。
可以理解的，变压模块13可以将第一交流电的电压值升高(即变压模块13起到了升压作用)，于是调整后的第一交流电的电压值则高于第一变换模块12传输的第一交流电。类似地，变压模块13可以将第一交流电的电压值降低(即变压模块13起到了降压作用)，于是调整后的第一交流电的电压值则低于第一变换模块12传输的第一交流电。同时，变压模块13还可以起到隔离作用。
第二变换模块14可以用于：将调整后的第一交流电变换为VDC2(第二直流电)并传输给DC3和DC4。
可以理解的，DC/DC变换器1逆向工作时，第二变换模块14起到了整流的作用。于是，可以通过VDC2为Cbus进行预充电。同时，可以通过DC3和DC4将VDC2输出。
本申请实施例提供的DC/DC变换器逆向工作时，开关模块可以在第一变换模块中的开关管的占空比小于0.5时导通，为电感提供续流通路，大大减小了第一变换模块中开关管的电压应力，避免开关管因电压应力过大导致损坏的问题，进而提高了整个DC/DC变换器的可靠性。同时，开关模块可以在第一变换模块中的开关管的占空比大于0.5时关断，实现了高压系统中的电容的快速预充电。
另外，本申请实施例提供的DC/DC变换器避免使用高压接触器和电阻(功率较大，起到限流作用)，降低了DC/DC变换器的成本，且提高了DC/DC变换器的可靠性。
由于DC/DC变换器为双向变换器，所以，当DC/DC变换器正向工作时，直接通过VDC2(第二直流电)为电容Cbus充电(电容Cbus还起到了滤波作用)。同时，还可以想到的是：
第二变换模块14还可以用于：将VDC2(第二直流电)变换为交流电并传输给变压模块13。
可以理解的，第二变换模块14起到了逆变的作用。
变压模块13还可以用于：将第二变换模块14传输的交流电的电压值进行调整，并将调整后的交流电传输给第一变换模块12。
可以理解的，变压模块13可以将第二变换模块14传输的交流电的电压值升高(即变压模块13起到了升压作用)，于是调整后的交流电的电压值则高于第二变换模块14传输的交流电。类似地，变压模块13可以将第二变换模块13传输的交流电的电压值降低(即变压模块13起到了降压作用)，于是调整后的交流电的电压值则低于第二变换模块14传输的交流电。同时，变压模块13还可以起到隔离作用。
第一变换模块12还可以用于：将变压模块13传输的调整后的交流电变换为直流电并传输给滤波模块11。
可以理解的，第一变换模块12起到了整流的作用。
滤波模块11还可以用于：根据电感L与开关模块S对第一变换模块12传输的直流电进行滤波，并将滤波后的直流电通过DC1和DC2输出。
可以理解的，当DC/DC变换器正向工作时，开关模块S处于关断状态，所以滤波模块11可以通过电感L(还可以结合滤波模块11中的电容C1(即第一电容)，可参考下文介绍)对第一变换模块12传输的直流电进行滤波。
在一种可能的实现方式中，上述开关模块可以具有以下几种形式：
形式一：开关模块可以包括第一开关管和第二开关管。
本申请实施例以第一开关管和第二开关管都采用绝缘栅型场效应管(metal-oxide-semiconductor field-effect transistor，MOSFET，可以简称为MOS管)为例进行说明。也就是说，第一开关管可以采用第一MOS管(即图2中的MOS1)，第二开关管可以采用第二MOS管(即图2中的MOS2)。
继续参考图2，MOS1的漏极可以连接电感L的第一端(即连接节点C)，MOS1的源极可以连接MOS2的源极，MOS2的漏极可以连接电感L的第二端(即连接节点D)。
由于MOS1的源极连接MOS2的源极，所以MOS1和MOS2可以认为是对顶连接。
当然，除了MOS管，第一开关管和第二开关管还可以采用其他可控型的功率器件，本申请实施例对此不做限定。
形式二：开关模块可以包括一个绝缘栅双极型晶体管(insulated gate bipolartransistor，IGBT)。
如图3所示，IGBT的集电极可以连接电感的第一端(即节点C)，IGBT的发射极可以连接电感L的第二端(即节点D)。
形式三：开关模块可以包括一个继电器。
如图4所示，继电器J的一端可以连接电感的第一端(即节点C)，继电器J的另一端可以连接电感L的第二端(即节点D)。
需要说明的是，除了上述列举的三种形式，还可以采用其他形式的开关模块，只要是可控的功率器件，且能够为电感提供续流通路即可，本申请实施例对此不做限定。
在一种可能的实现方式中，如图2至图4，滤波模块11还可以包括电容C1(即第一电容)。
电容C1的正极端可以连接电感L的第一端(即电容C1的正极端与节点A连接，节点A再与节点C连接)，电容C1的负极端可以连接DC2和第一变换模块11的第一端(电容C1的负极端与节点B连接，节点B再与DC2和节点F连接)。
下面对变压模块13的拓扑结构进行详细介绍。
在一示例中，如图2至图4所示，变压模块13可以包括变压器T1(即第一变压器)。
其中，变压器T1可以包括绕组W1(即第一绕组)、绕组W2(即第二绕组)、绕组W3(即第三绕组)和磁芯(magnetic core，MC)，绕组W1与绕组W2之间可以通过磁芯MC磁耦合，绕组W1与绕组W2之间可以通过磁芯MC磁耦合。
可选地，绕组W1的第一端(即图2至图4中绕组W1的上端)可以连接第二变换模块12的第一端(即节点I)，绕组W1的第二端(即图2至图4中绕组W1的下端)可以连接第二变换模块12的第一端(即节点I)。绕组W2的第一端(即图2至图4中绕组W2的上端)可以连接第一变换模块11的第二端(即图2至图4中第一变换模块11的上端)，也就是说，绕组W2的第一端通过节点G连接第一变换模块11的第二端(可以为图2至图4中第一变换模块11中第三开关管S3(采用MOS管)的漏极)，绕组W2的第二端(即图2至图4中绕组W2的下端)可以连接电感L的第二端(即绕组W2的第二端通过节点E连接节点D)和绕组W3的第一端(即图2至图4中绕组W3的上端)，绕组W3的第二端(即图2至图4中绕组W3的下端)连接第一变换模块11的第二端(即图2至图4中第一变换模块11的上端)，也就是说，绕组W3的第二端通过节点H连接第一变换模块11的第二端(可以为图2至图4中第一变换模块11中第四开关管S4(采用MOS管)的漏极)。
可选地，在变压器T1的基础上，变压模块13还可以包括电容C2(起到谐波作用，可以叫作谐波电容)。电容C2的第一端可以连接第二变换模块12的第一端，电容C2的第二端可以连接绕组W1的第一端。
可选地，在变压器T1的基础上，变压模块13还可以包括电感L2(起到谐波作用，可以叫作谐波电感)。电感L2的第一端可以连接第二变换模块12的第一端，电感L2的第二端可以连接绕组W1的第一端。
可选地，在变压器T1的基础上，变压模块13还可以包括电容C2和电感L2。电容C2的第一端可以连接第二变换模块12的第一端，电容C2的第二端可以连接电感L2的第一端，电感L2的第二端可以连接绕组W1的第一端。
需要说明的是，包括变压器T1的变压模块13不局限于以上几种拓扑结构，还可以为其他的拓扑结构，本申请实施例不做限定。
可选地，绕组W1的第一端、绕组W2的第一端和绕组W3的第一端可以互为同名端。
进一步地，仍参考图2至图4，第一变换模块13可以包括第三开关管S3和第四开关管S4。本申请实施例以第三开关管S3和第四开关管S4都采用MOS管为例进行说明。
其中，第三开关管S3的漏极可以连接绕组W3的第二端，第四开关管S4的漏极可以连接绕组W2的第一端，第三开关管S3的源极和第四开关管S4的源极可以分别与DC2连接。也就是说，第三开关管S3的源极和第四开关管S4的源极通过节点F和节点B连接DC2。
在另一示例中，如图5所示，电压模块13可以包括变压器T2(即第二变压器)。变压器T2可以包括绕组W1(即第一绕组)、绕组W2(即第二绕组)和磁芯MC。绕组W1与绕组W2之间可以通过磁芯MC磁耦合。
可选地，绕组W1的第一端(即图5中绕组W1的上端)可以连接第二变换模块14的第一端(即节点I)，绕组W1的第二端(即图5中绕组W1的下端)可以连接第二变换模块14的第一端(即节点I)，绕组W2的第一端(即图5中绕组W2的上端)和第二端(即图5中绕组W2的下端)均连接第一变换模块11的第二端(即节点N和节点O)。
可选地，在变压器T2的基础上，变压模块13还可以包括电容C2。电容C2的第一端可以连接第二变换模块12的第一端，电容C2的第二端可以连接绕组W1的第一端。
可选地，在变压器T2的基础上，变压模块13还可以包括电感L2。电感L2的第一端可以连接第二变换模块12的第一端，电感L2的第二端可以连接绕组W1的第一端。
可选地，在变压器T2的基础上，变压模块13还可以包括电容C2和电感L2。电容C2的第一端可以连接第二变换模块12的第一端，电容C2的第二端可以连接电感L2的第一端，电感L2的第二端可以连接绕组W1的第一端。
需要说明的是，包括变压器T2的变压模块13不局限于以上几种拓扑结构，还可以为其他的拓扑结构，本申请实施例不做限定。
可选地，绕组W1的第一端与绕组W2的第一端可以互为同名端。
进一步地，继续参考图5，第一变换模块11可以为全桥拓扑，其包括第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7和第八开关管S8。其中，第五开关管S5和第六开关管S6串联，构成第一变换模块11的第一桥臂，节点N为第一桥臂的中点。第七开关管S7和第八开关管S8串联，构成第一变换模块11的第二桥臂，节点O为第二桥臂的中点。
本申请实施例以第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7和第八开关管S8都采用MOS管为例进行说明。
于是，第五开关管S5的漏极和第七开关管S7的漏极可以分别连接电感L的第二端(即节点D)，第五开关管S5的源极可以通过节点N连接第六开关管S6的漏极，第七开关管S7的源极可以通过节点O连接第八开关管S8的漏极，第六开关管S6的源极和第八开关管S8的源极连接节点F，节点F再通过节点B与DC2连接。
在一种可能的实现方式中，参考图2至图5，第二变换模块14也可以包括为全桥拓扑，其包括第九开关管S9、第十开关管S10、第十一开关管S11和第十二开关管S12。其中，第九开关管S9和第十开关管S10串联，构成第二变换模块14的第一桥臂，节点I为第一桥臂的中点。第十一开关管S11和第十二开关管S12串联，构成第二变换模块14的第二桥臂，节点J为第二桥臂的中点。
本申请实施例以第九开关管S9、第十开关管S10、第十一开关管S11和第十二开关管S12都采用MOS管为例进行说明。
于是，第九开关管S9的漏极和第十一开关管S11的漏极可以分别连接节点K，节点K与DC3连接。第九开关管S9的源极通过节点I连接第十开关管S10的漏极，第十一开关管S11的源极通过节点J连接第十二开关管S12的漏极，第十开关管S10的源极和第十二开关管S12的源极可以分别连接节点M，节点M与DC4连接。
需要说明的是，图2至图5中的GND1和GND2为两个不同的参考地。
下面以图2所示的DC/DC变换器为例，介绍本申请实施例提供的DC/DC变换器的工作原理。
当图2所示的DC/DC变换器正向工作时，DC/DC变换器的工作原理如图6所示。图5中，开关模块S关断(也就是开关模块S中的MOS1和MOS2都关断)，即电感L的旁路通路断开，电感L和电容C1共同起到滤波作用。VDC2(作为输入电压)依次经过第二变换模块14、变压模块13、第一变换模块12和滤波模块11，最终得到VDC1(作为输出电压)。
当图2所示的DC/DC变换器逆向工作时，可以按照占空比，分为以下两种情况：
情况一：当第一变换模块12的占空比小于0.5(即第一变换模块12中第三开关管S3和第四开关管S4两者的占空比分别小于0.5)时，如图7所示，开关模块S导通(即开关模块S中的MOS1和MOS2都导通)，开关模块S工作于降压(buck)模式。VDC1(作为输入电压)依次经过滤波模块11、第一变换模块12、变压模块13和第二变换模块14，最终得到VDC2(作为输出电压)。
可选地，情况一下，开关模块S、第三开关管S3和第四开关管S4的逻辑示意图如图8所示。从图8可以看出，开关模块S导通，所以开关模块S一直处于高电平。第三开关管S3和第四开关管交替导通(导通时为高电平，关断时为低电平)，所以第三开关管S3时而高电平，时而低电平，且第三开关管S3也时而高电平，时而低电平。
需要说明的是，情况一中存在第三开关管S3和第四开关管S4同时关断(即第三开关管S3和第四开关管S4同时为低电平)的场景，但是不存在第三开关管S3和第四开关管S4同时导通(即第三开关管S3和第四开关管S4同时为高电平)的场景。
情况二：当第一变换模块12的占空比大于0.5(即第一变换模块12中第三开关管S3和第四开关管S4两者的占空比分别大于0.5)时，如图9所示，开关模块S关断(即开关模块S中的MOS1和MOS2都关断)，开关模块S工作于升压(boost)模式。VDC1(作为输入电压)依次经过滤波模块11、第一变换模块12、变压模块13和第二变换模块14，最终得到VDC2(作为输出电压)。
可选地，情况二下，开关模块S、第三开关管S3和第四开关管S4的逻辑示意图如图10所示。从图10可以看出，开关模块S关断，所以开关模块S一直处于低电平。第三开关管S3和第四开关管交替导通(导通时为高电平，关断时为低电平)，所以第三开关管S3时而高电平，时而低电平，且第三开关管S3也时而高电平，时而低电平。
需要说明的是，情况二中既存在第三开关管S3和第四开关管S4同时导通的场景，不存在第三开关管S3和第四开关管S4同时关断的场景。
下面以图5所示的DC/DC变换器为例介绍本申请实施例提供的DC/DC变换器的工作原理。
当图5所示的DC/DC变换器正向工作时，DC/DC变换器的工作原理如图11所示。图11中，开关模块S关断(也就是开关模块S中的MOS1和MOS2都关断)，即电感L的旁路通路断开，电感L和电容C1共同起到滤波作用。VDC2(作为输入电压)依次经过第二变换模块14、变压模块13、第一变换模块12和滤波模块11，最终得到VDC1(作为输出电压)。
当图5所示的DC/DC变换器逆向工作时，可以分为以下两种情况：
情况一：当第一变换模块12的占空比小于0.5(即第一变换模块12中第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7和第八开关管S8各自的占空比分别小于0.5)时，如图12所示，开关模块S导通(即开关模块S中的MOS1和MOS2都导通)，开关模块S工作于降压(buck)模式。VDC1(作为输入电压)依次经过滤波模块11、第一变换模块12、变压模块13和第二变换模块14，最终得到VDC2(作为输出电压)。
情况二：当第一变换模块12的占空比大于0.5(即第一变换模块12中第五开关管S5、第六开关管S6、第七开关管S7和第八开关管S8各自的占空比分别大于0.5)时，如图13所示，开关模块S关断(即开关模块S中的MOS1和MOS2都关断)，开关模块S工作于升压(boost)模式。VDC1(作为输入电压)依次经过滤波模块11、第一变换模块12、变压模块13和第二变换模块14，最终得到VDC2(作为输出电压)。
从上述介绍可以看出，本申请实施例提供的DC/DC变换器在逆向工作时，能够在第一变换模块中的所有开关管的占空比小于0.5的情况下，通过开关模块为电感提供续流通路，减小了第一变换模块中的所有开关管的关断电压应力。且能够在第一变换模块中的所有开关管的占空比大于0.5的情况下，实现对高压系统中的电容进行快速预充电。也就是说，本申请实施例提供的DC/DC变换器不仅能够减小了第一变换模块中的所有开关管的关断电压应力，且能够为高压系统中电容实现快速预充电。
另外，与采用反激变压器和箝位电容的DC/DC变换器相比，本申请实施例提供的DC/DC变换器不需要采用体积大且成本高的磁性元件(反激变压器中的绕组)和箝位电容，因此，本申请实施例提供的DC/DC变换器体积小，且成本低。
本申请实施例还提供了一种电子设备，可以包括DC/DC变换器。关于DC/DC变换器的介绍可以参考上文，本申请实施例在此不做赘述。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (19)
1.一种直流变换器，其特征在于，包括滤波模块、第一变换模块、变压模块和第二变换模块；
所述滤波模块包括电感和开关模块，所述电感与所述开关模块并联；
所述滤波模块的第一端连接所述直流变换器的第一直流端，所述滤波模块的第二端连接所述变压模块的第一端，所述第一变换模块的第一端连接所述直流变换器的第二直流端，所述第一变换模块的第二端连接所述变压模块的第一端，所述变压模块的第二端连接所述第二变换模块的第一端，所述第二变换模块的第二端连接所述直流变换器的第三直流端和第四直流端；
所述滤波模块用于：通过所述电感和所述开关模块将所述第一直流端和所述第二直流端之间的第一直流电传输给所述第一变换模块；
所述第一变换模块用于：将所述第一直流电变换为第一交流电并传输给所述变压模块；
所述变压模块用于：将所述第一交流电的电压值进行调整，并将调整后的第一交流电传输给所述第二变换模块；
所述第二变换模块用于：将所述调整后的第一交流电变换为第二直流电并传输给所述第三直流端和第四直流端；
所述第一直流端和所述第二直流端作为所述直流变换器的输入端，所述第三直流端和所述第四直流端作为所述直流变换器的输出端工作时，当所述第一变换模块的占空比小于0.5时，所述开关模块导通；
当所述第一变换模块的占空比大于0.5时，所述开关模块关断。
2.根据权利要求1所述的直流变换器，其特征在于，所述开关模块包括第一开关管和第二开关管；
所述第一开关管的第一极连接所述电感的第一端，所述第一开关管的第二极连接所述第二开关管的第二极，所述第二开关管的第一极连接所述电感的第二端。
3.根据权利要求2所述的直流变换器，其特征在于，所述第一开关管包括第一绝缘栅型场效应管，所述第二开关管包括第二绝缘栅型场效应管；
所述第一绝缘栅型场效应管的漏极连接所述电感的第一端，所述第一绝缘栅型场效应管的源极连接所述第二绝缘栅型场效应管的源极，所述第二绝缘栅型场效应管的漏极连接所述电感的第二端。
4.根据权利要求1所述的直流变换器，其特征在于，所述开关模块包括绝缘栅双极型晶体管；
所述绝缘栅双极型晶体管的集电极连接所述电感的第一端，所述绝缘栅双极型晶体管的发射极连接所述电感的第二端。
5.根据权利要求1所述的直流变换器，其特征在于，所述开关模块包括一个继电器。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的直流变换器，其特征在于，所述滤波模块还包括第一电容；
所述第一电容的正极端连接所述电感的第一端，所述第一电容的负极端连接所述第二直流端和所述第一变换模块的第一端。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的直流变换器，其特征在于，所述变压模块包括第一变压器；
所述第一变压器包括第一绕组、第二绕组、第三绕组和磁芯，所述第一绕组与所述第二绕组之间通过所述磁芯磁耦合，所述第一绕组与所述第三绕组之间通过所述磁芯磁耦合；
所述第一绕组的第一端和第二端分别连接所述第二变换模块的第一端，所述第二绕组的第一端连接所述第一变换模块的第二端，所述第二绕组的第二端连接所述电感的第二端和所述第三绕组的第一端，所述第三绕组的第二端连接所述第一变换模块的第二端。
8.根据权利要求7所述的直流变换器，其特征在于，所述第一绕组的第一端、所述第二绕组的第一端和所述第三绕组的第一端互为同名端。
9.根据权利要求8所述的直流变换器，其特征在于，所述第一变换模块包括第三开关管和第四开关管；
所述第三开关管的第一极连接所述第三绕组的第二端，所述第四开关管的第一极连接所述第二绕组的第一端，所述第三开关管的第二极和所述第四开关管的第二极分别与所述第二直流端连接。
10.根据权利要求9所述的直流变换器，其特征在于，所述第三开关管包括第三绝缘栅型场效应管，所述第四开关管包括第四绝缘栅型场效应管；
所述第三绝缘栅型场效应管的漏极连接所述第三绕组的第二端，所述第四绝缘栅型场效应管的漏极连接所述第二绕组的第一端，所述第三绝缘栅型场效应管的源极和所述第四绝缘栅型场效应管的源极分别与所述第二直流端连接。
11.根据权利要求1至5中任一项所述的直流变换器，其特征在于，所述变压模块包括第二变压器；
所述第二变压器包括第一绕组、第二绕组和磁芯，所述第一绕组与所述第二绕组之间通过所述磁芯磁耦合；
所述第一绕组的第一端和第二端分别连接所述第二变换模块的第一端，所述第一绕组的第二端直接连接所述第二变换模块的第一端，所述第二绕组的第一端和第二端均连接所述第一变换模块的第二端。
12.根据权利要求11所述的直流变换器，其特征在于，所述第一绕组的第一端与所述第二绕组的第一端互为同名端。
13.根据权利要求12所述的直流变换器，其特征在于，所述第一变换模块包括第五开关管、第六开关管、第七开关管和第八开关管；
所述第五开关管的第一极和所述第七开关管的第一极分别连接所述电感的第二端，所述第五开关管的第二极连接所述第六开关管的第一极，所述第七开关管的第二极连接所述第八开关管的第一极，所述第六开关管的第二极和所述第八开关管的第二极分别连接所述第二直流端。
14.根据权利要求13所述的直流变换器，其特征在于，所述第五开关管包括第五绝缘栅型场效应管，所述第六开关管包括第六绝缘栅型场效应管，所述第七开关管包括第七绝缘栅型场效应管，所述第八开关管包括第八绝缘栅型场效应管；
所述第五绝缘栅型场效应管的漏极和所述第七绝缘栅型场效应管的漏极分别连接所述电感的第二端，所述第五绝缘栅型场效应管的源极连接所述第六绝缘栅型场效应管的漏极，所述第七绝缘栅型场效应管的源极连接所述第八绝缘栅型场效应管的漏极，所述第六绝缘栅型场效应管的源极和所述第八绝缘栅型场效应管的源极分别连接所述第二直流端。
15.根据权利要求1至5、8至10、12至14中任一项所述的直流变换器，其特征在于，所述第二变换模块包括第九开关管、第十开关管、第十一开关管和第十二开关管；
所述第九开关管的第一极和所述第十一开关管的第一极分别连接所述第三直流端，所述第九开关管的第二极连接所述第十开关管的第一极，所述第十一开关管的第二极连接所述十二开关管的第一极，所述第十一开关管的第二极和所述第十二开关管的第二极分别连接所述第四直流端。
16.根据权利要求15所述的直流变换器，其特征在于，所述第九开关管包括第九绝缘栅型场效应管，所述第十开关管包括第十绝缘栅型场效应管，所述第十一开关管包括第十一绝缘栅型场效应管，所述第十二开关管包括第十二绝缘栅型场效应管；
所述第九绝缘栅型场效应管的漏极和所述第十一绝缘栅型场效应管的漏极分别连接所述第三直流端，所述第九绝缘栅型场效应管的源极连接所述第十绝缘栅型场效应管的漏极，所述第十一绝缘栅型场效应管的源极连接所述第十二绝缘栅型场效应管的漏极，所述第十绝缘栅型场效应管的源极和所述十二绝缘栅型场效应管的源极分别连接所述第四直流端。
17.根据权利要求1至5、8至10、12至14、16中任一项所述的直流变换器，其特征在于，所述第一直流端和所述第二直流端构成所述直流变换器的输入端，所述第三直流端和所述第四直流端构成所述直流变换器的输出端。
18.根据权利要求1至5、8至10、12至14、16中任一项所述的直流变换器，其特征在于，所述第三直流端和所述第四直流端构成所述直流变换器的输入端，所述第一直流端和所述第二直流端构成所述直流变换器的输出端。
19.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1至18中任一项所述的直流变换器。
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