CN114244135A - 一种高功率大电流隔离dc-dc电路 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种高功率大电流隔离DC‑DC电路，涉及隔离DC‑DC电路技术领域，尤其是涉及一种高功率大电流隔离DC‑DC电路，包括：H桥电路，所述H桥电路包括多个H桥开关模块单元；变压器，所述变压器的原边绕组与所述H桥开关模块单元连接；谐振电路，所述谐振电路与所述变压器的副边绕组连接；所述H桥开关模块单元通过同步的驱动信号发波以使所述变压器的交流绕组同步，本申请提供的一种高功率大电流隔离DC‑DC电路，在输入大电流应用时，因为原边电流较大，此电路把谐振电路放置在变压器的副边绕组侧，减小了较大电流对谐振电路产生较多的发热的问题，并且还能够减少电路的占用空间，节约生产成本。
Description
技术领域
本申请涉隔离DC-DC电路技术领域，尤其是涉及一种高功率大电流隔离DC-DC电路。
背景技术
随着低碳经济成为我国经济发展的主旋律，新能源汽车作为新能源战略和智能电网的重要组成部分，将成为今后中国汽车工业和能源产业发展的重点。其采用蓄电池作为驱动汽车运动的能源，相较于汽油或者柴油等传统能源，新能源汽车不仅对环境造成的污染小，并且性能不亚于采用传统能源的普通汽车。在以氢气作为燃料的新能源汽车上，氢燃料电池需要车载DC-DC升压变换器提高电压，满足汽车电机控制器供电电压的需求。
目前，高功率大电流隔离升压DC-DC变换电路运用在氢燃料电池车载升压DC-DC变换器中，通常采用由多个变压器组成的升压DC-DC变换电路，谐振拓扑电路放置在每一个变压器的原边侧。高功率大电流隔离DC-DC电路为一个升压电路，在变压器的原边侧会有一个低电压和大电流，较大的电流可能会对谐振电路产生较多的发热。
发明内容
本申请提供了一种高功率大电流隔离DC-DC电路，以解决较大的电流可能会对谐振电路产生较多的发热的问题。
为实现上述目的，本申请提供一种高功率大电流隔离DC-DC电路，采用如下的技术方案：
一种高功率大电流隔离DC-DC电路包括：包括：H桥电路、变压器、谐振电路和整流滤波电路；
H桥电路，所述H桥电路包括多个H桥开关模块单元；
变压器，所述变压器的原边绕组与所述H桥开关模块单元连接；
谐振电路，所述谐振电路与所述变压器的副边绕组连接；
所述H桥开关模块单元通过同步的驱动信号发波以使所述变压器的交流绕组同步。
通过采用上述技术方案，将H桥电路与电源连接，电源给电路供电，H桥电路与变压器连接，变压器再与谐振电路进行连接，然后谐振电路与整流滤波电路进行连接，H桥电路是组合拓扑系统中最重要的基本单元之一，能够独立实现DC/DC功率变换的功能，具有结构简单、通用性强、扩展潜力大等优势。从而实现同等功率等级不同电压电流需求，可最大化的利用共有硬件及控制软件平台实现产品型号扩展，满足行业应用，而将谐振电路放置在变压器的副边绕组侧，减小了较大电流对谐振电路产生较多的发热的问题。
可选的，所述H桥电路由多个相同的H桥开关模块单元组成；
所述多个H桥开关模块单元并联共享一个母线。
或者，
所述多个H桥开关模块单元被分成若干个子模块，其中，每个子模块中的H桥开关模块单元并联，所述若干个子模块串联。
通过采用上述技术方案，H桥电路采用多个相同的H桥开关模块单元组成，多个H桥开关模块单元之间可以全部进行并联连接，也可以将多个H桥开关模块单元平均分成若干个子模块，其中，每个子模块中的H桥开关模块单元并联，所述若干个子模块串联，这样通过多个并联绕组分别对应一个同步的H桥开关模块单元，在设计中确保不同并联绕组到每个模块的漏感一致，具有较好的分流作用。
可选的，所述H桥开关模块单元包括：第一电容、第一开关L1、第二开关L2、第三开关L3以及第四开关L4；
所述第一开关L1的一端与电容的一端相连接，所述第一开关L1的另一端与所述变压器的原边绕组的一端相连接；
所述第二开关L2的一端与所述变压器的原边绕组的一端相连接，所述第二开关L2另一端与电容的另一端相连接；
所述第三开关L3的一端与所述电容的一端相连接，所述第三开关L3的另一端与所述变压器的原边绕组的另一端相连接；
所述第四开关L4的一端与所述变压器的原边绕组的另一端相连接，所述第四开关L4的另一端与所述电容的另一端相连接。
通过采用上述技术方案，每个H桥开关模块单元由四个相同开关，以及一个电容组成，组成一个H桥开关模块单元，H桥开关模块单元能够更好的对电路进行扩展，在使用中更加的方便，能够适应更多的使用场景。
所述谐振电路包括：第一电感Lm、第二电感Lr和第二电容Cr；
所述第二电感Lr的一端与所述变压器的副边绕组的一端连接，所述第二电感Lr的另一端与第二电容Cr的一端相连接；所述变压器副边绕组的另一端与所述第一电感Lm的一端相连接；
所述第二电容Cr的另一端与所述第一电感Lm的另一端相连接。
可选的，还包括整流滤波电路，所述整流滤波电路与所述谐振电路连接；
所述整流滤波电路包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4及第三电容C7；
所述第一二极管D1的正极与所述第一电感Lm的一端相连接，所述第一二极管D1的负极与所述第三电容C7的一端相连接；
所述第二二极管D2的正极与所述第三电容C7的另一端相连接，所述第二二极管D2的负极与所述第一电感Lm的一端相连接；
所述第三二极管D3的正极与所述第三电容C7的另一端相连接，所述第三二极管D3的负极与所述第一电感Lm的另一端相连接；
所述第四二极管D4的正极与所述第一电感Lm的另一端相连接，所述第四二极管D4的负极与所述第三电容C7的一端相连接。
谐振电路主要是为了实现软开关技术，减小开关管的发热。
可选的，根据所述变压器的形态布置不同的功率单元结构，其中，所述变压器的形态包括圆形、方形、长方型。
通过采用上述技术方案，整个高功率大电流隔离DC-DC电路，有不同的布局形态，根据变压器的形态来进行布局，圆形，正方形或者是长方形的形态，这样可以更好地适应DC-DC变换器扩展需要，实现同等功率等级不同电压电流需求满足，增加了适用的环境，以满足不同的使用需求。
可选的，所述H桥开关模块单元与多个所述变压器原边绕组通过转接PCB连接。
通过采用上述技术方案，将所有的H桥开关模块单元通过转接PCB板与变压器的多个原边绕组连接，这样可以配置更多数量的H桥开关模块单元，减少了空间的占用，并且可以减少变压器的使用数量，节省了生产成本。
综上，本申请提供的高功率大电流隔离DC-DC电路，可以达到如下有益效果：
将H桥电路与变压器的原边绕组进行连接，再将谐振电路与变压器的副边绕组进行连接，然后谐振电路与整流滤波电路进行连接。并且在变压器原边的H桥电路由多个H桥开关模块单元组成的，多个模块之间可以全部共母线进行并联，也可以将所述多个H桥开关模块单元分成若干个子模块，其中，每个子模块中的H桥开关模块单元并联，所述若干个子模块串联，再与变压器的原边绕组进行了连接，因为变压器的原边为变压器的一次侧，并且本电路为一个升压电路，在一次侧，电压比较小，电流比较大，如果将谐振电路放置在变压器的原边绕组侧，容易被较大的电流损坏。将谐振电路放置在变压器的副边绕组端，减小开关管的发热减少损失。
附图说明
图1为本实施例一种高功率大电流隔离DC-DC电路连接原理图；
图2为本实施例中一种高功率大电流隔离DC-DC电路图；
图3为本实施例中另一种高功率大电流隔离DC-DC电路图。
具体实施方式
以下结合附图1-3对本申请作进一步详细说明。
参照图1本实施例公开一种高功率大电流隔离DC-DC电路包括：H桥电路、变压器、谐振电路；
具体地，H桥电路，包括多个H桥开关模块单元；
变压器的原边绕组与所述H桥开关模块单元连接；
谐振电路与所述变压器的副边绕组连接；
H桥开关模块单元通过同步的驱动信号发波以使所述变压器的交流绕组同步；
电源与H桥电路的一端连接；
电源与H桥电路的电源输入端进行连接，电源用来给电路进行电源的输送；
在H桥电路原理电源的一端，即H桥电路的输出端与变压器的原边绕组进行连接。
在本实施例中，变压器采用升压变压器，变压器由原边绕组、副边绕组和铁芯组成，变压器的原边绕组侧为低电压、大电流的一侧。
变压器的副边绕组与谐振电路一端连接；
变压器的副边绕组即为升压变压器的高电压的一侧，变压器的副边绕组与谐振电路一侧进行连接。
采用此技术方案，将H桥电路与电源连接，电源给电路供电，H桥电路与变压器连接，变压器再与谐振电路进行连接，然后谐振电路与整流滤波电路进行连接，H桥开关模块单元是组合拓扑系统中最重要的基本单元之一，能够独立实现DC/DC功率变换的功能，具有结构简单、通用性强、扩展潜力大等优势。实现同等功率等级不同电压电流需求满足，可最大化的利用共有硬件及控制软件平台实现产品型号扩展，满足行业应用，将谐振电路放置在变压器的副边绕组侧，减小开关管的发热。
在本实施例的其中一种实施方式中，参照图2和图3，
所述H桥电路由多个相同的H桥开关模块单元组成；
所述多个H桥开关模块单元并联共享一个母线。
或者，
所述多个H桥开关模块单元被分成若干个子模块，其中，每个子模块中的H桥开关模块单元并联，所述若干个子模块串联。
在本实施例中，H电路由多个H桥开关模块单元组成，下面以6个H桥开关模块单元来举例说明，在一些实施例中H桥开关模块单元还可以为7个、8个、9个等，可以根据实际需要来进行选择，对数量不做具体限定。
而H桥开关模块单元之间的连接方式，在本实施例中有如下两种方式：
第一种方法，将6个相同的H桥开关模块单元全部并联连接，6个H桥开关模块单元并联共享一个母线，这样可以使他们每个模块的电压相等，使得每个模块的漏感相同，可以较好的分流。
第二种方法，可以将6个H桥模块单元平均分成2个子模块，每个子模块有3个并联的H桥开关模块单元，然后再将2个子模块串联连接。具体地，如图3所示，H1、H2、H3并联，H4、H5、H6并联；H1、H2、H3并联组成的子模块，H4、H5、H6并联组成另一个子模块，这两个子模块串联。
需要说明的是，还可以将6个H桥开关模块单元平均分成3个子模块，每一个子模块有2个并联的H桥开关模块单元，再将并联好的3个子模块串联连接。
具体的方式可以根据实际的H桥开关模块单元的数量来进行分组。
采用此技术方案，H桥电路采用多个相同的H桥开关模块单元组成，多个H桥开关模块单元之间可以全部进行并联连接，也可以将多个H桥开关模块单元平均分成若干个子模块，然后将每一个子模块里面的H桥开关模块单元进行并联，最后将各个子模块串联在一起，这样通过多个并联绕组分别对应一个同步的H桥开关模块单元，在设计中确保不同并联绕组到每个模块的漏感一致，较好的分流。
参照图2，本实施例中H桥开关模块单元包括：第一电容C1/C2/C3/C4/C5/C6、第一开关L1、第二开关L2、第三开关L3以及第四开关L4；
所述第一开关L1的一端与电容的一端相连接，所述第一开关L1的另一端与所述变压器的原边绕组的一端相连接；
所述第二开关L2的一端与所述变压器的原边绕组的一端相连接，所述第二开关L2另一端与电容的另一端相连接；
所述第三开关L3的一端与所述电容的一端相连接，所述第三开关L3的另一端与所述变压器的原边绕组的另一端相连接；
所述第四开关L4的一端与所述变压器的原边绕组的另一端相连接，所述第四开关L4的另一端与所述电容的另一端相连接。
采用此技术方案，每个H桥开关模块单元由四个相同开关，以及一个电容组成，组成一个H桥开关模块单元，通过控制开关的关断，使用多个并联的H桥开关模块单元能够更好的扩展输入电流。
参照图2，本实施例中所述谐振电路包括：第一电感Lm、第二电感Lr和第二电容Cr；
所述第二电感Lr的一端与所述变压器的副边绕组的一端连接，所述第二电感Lr的另一端与第二电容Cr的一端相连接；所述变压器副边绕组的另一端与所述第一电感Lm的一端相连接；
所述第二电容Cr的另一端与所述第一电感Lm的另一端相连接。
谐振电路主要是为了实现软开关技术，减小开关管的发热；
本实施例的一种高功率大电流隔离DC-DC电路还包括整流滤波电路，所述整流滤波电路与所述谐振电路连接；
所述整流滤波电路包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4及第三电容C7；
所述第一二极管D1的正极与所述第一电感Lm的一端相连接，所述第一二极管D1的负极与所述第三电容C7的一端相连接；
所述第二二极管D2的正极与所述第三电容C7的另一端相连接，所述第二二极管D2的负极与所述第一电感Lm的一端相连接；
所述第三二极管D3的正极与所述第三电容C7的另一端相连接，所述第三二极管D3的负极与所述第一电感Lm的另一端相连接；
所述第四二极管D4的正极与所述第一电感Lm的另一端相连接，所述第四二极管D4的负极与所述第三电容C7的一端相连接。
采用此技术方案，可以将交流变换为直流；
具体地，当开关L1,L4闭合时，正半周，D1、D3导通，D2、D4截止，当开关L2,L3闭合时，负半周，D2、D4导通，D1、D3截止。
本实施例中，H桥电路、变压器以及谐振及整流滤波电路的布局形态为圆形、正方形或长方形其中的一种。
在本实施例中，电路的布局形态有多种形态，可以为圆形、正方形或长方形等，不同的布局形态可以满足不同形状设备的布置，具体的根据实际情况进行选择。
采用此技术方案，整个高功率大电流隔离DC-DC电路，可以有不同的布局形态，可以根据变压器的形态来进行布局，可以为圆形，正方形或者是长方形的形态，这样可以更好地适应DC-DC变换器扩展需要。
变压器原边与H桥开关模块单元连接包括：
每个H桥开关模块单元与一个变压器原边绕组连接；
或者多个H桥开关模块单元与多个变压器原边绕组通过转接PCB连接；
H桥开关模块单元的数量与变压器的原边绕组的数量相同。
需要说明的是，将所有的H桥开关模块单元通过转接PCB板与变压器的多个原边绕组连接，这样可以灵活配置H桥开关模块单元数量，节约生产成本。
在多个H桥开关模块单元分成若干个子模块的实施例中，各子模块内的H桥开关模块单元与变压器原边相应绕组通过转接PCB板互相连接，值得注意的是，实现互联的线路需要保证有一定的安全距离。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种高功率大电流隔离DC-DC电路，其特征在于，包括：
H桥电路，所述H桥电路包括多个H桥开关模块单元；
变压器，所述变压器的原边绕组与所述H桥开关模块单元连接；
谐振电路，所述谐振电路与所述变压器的副边绕组连接；
所述H桥开关模块单元通过同步的驱动信号发波以使所述变压器的交流绕组同步。
2.根据权利要求1所述的高功率大电流隔离DC-DC电路，其特征在于，所述多个H桥开关模块单元并联共享一个母线。
3.根据权利要求1所述的高功率大电流隔离DC-DC电路，其特征在于，所述多个H桥开关模块单元被分成若干个子模块，其中，每个子模块中的H桥开关模块单元并联，所述若干个子模块串联。
4.根据权利要求1所述的高功率大电流隔离DC-DC电路，其特征在于，所述H桥开关模块单元包括：第一电容、第一开关L1、第二开关L2、第三开关L3以及第四开关L4；
所述第一开关L1的一端与电容的一端相连接，所述第一开关L1的另一端与所述变压器的原边绕组的一端相连接；
所述第二开关L2的一端与所述变压器的原边绕组的一端相连接，所述第二开关L2另一端与电容的另一端相连接；
所述第三开关L3的一端与所述电容的一端相连接，所述第三开关L3的另一端与所述变压器的原边绕组的另一端相连接；
所述第四开关L4的一端与所述变压器的原边绕组的另一端相连接，所述第四开关L4的另一端与所述电容的另一端相连接。
5.根据权利要求1所述的高功率大电流隔离DC-DC电路，其特征在于，所述谐振电路包括：第一电感Lm、第二电感Lr和第二电容Cr；
所述第二电感Lr的一端与所述变压器的副边绕组的一端连接，所述第二电感Lr的另一端与第二电容Cr的一端相连接；所述变压器副边绕组的另一端与所述第一电感Lm的一端相连接；
所述第二电容Cr的另一端与所述第一电感Lm的另一端相连接。
6.根据权利要求5所述的高功率大电流隔离DC-DC电路，其特征在于，还包括整流滤波电路，所述整流滤波电路与所述谐振电路连接；
所述整流滤波电路包括：第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4及第三电容C7；
所述第一二极管D1的正极与所述第一电感Lm的一端相连接，所述第一二极管D1的负极与所述第三电容C7的一端相连接；
所述第二二极管D2的正极与所述第三电容C7的另一端相连接，所述第二二极管D2的负极与所述第一电感Lm的一端相连接；
所述第三二极管D3的正极与所述第三电容C7的另一端相连接，所述第三二极管D3的负极与所述第一电感Lm的另一端相连接；
所述第四二极管D4的正极与所述第一电感Lm的另一端相连接，所述第四二极管D4的负极与所述第三电容C7的一端相连接。
7.根据权利要求1-6任一项所述的高功率大电流隔离DC-DC电路，其特征在于，根据所述变压器的形态布置不同的功率单元结构，其中，所述变压器的形态包括圆形、方形、长方型。
8.根据权利要求1-6任一项所述的高功率大电流隔离DC-DC电路，其特征在于，所述H桥开关模块单元与多个所述变压器原边绕组通过转接PCB连接。
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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