CN118017848A - 多输出、变结构的双向dc-dc变换器及其供电方法 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及一种多输出、变结构的双向DC‑DC变换器及其供电方法，该双向DC‑DC变换器包括输入端用于与电源连接；输出端用于与负载连接，输出端包括第一输出端和第二输出端；开关模块包括第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件，通过控制第一开关元件、第二开关元件和/或第三开关元件是否工作确定双管Buck‑Boost拓扑模块和/或反激模块给负载供电。该双向DC‑DC变换器通过双管Buck‑Boost拓扑模块和反激模块的拓扑结构相结合，通过控制开关模块中三个开关元件的通断实现双向DC‑DC变换器拓扑结构的改变，实现输入电压的变换和输出电压的稳定调节，适应电力输电系统各种不同电压需求。
Description
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种多输出、变结构的双向DC-DC变换器及其供电方法。
背景技术
随着太阳能光伏电池技术的不断进步，光伏发电系统被广泛应用于建筑物的能源供应。但是然而，光伏发电系统产生的直流电能通常需要被转换为与楼宇电力系统匹配的直流电压。具体来说需要将光伏发电板发出的直流电压升压以满足楼宇使用条件。传统的DC-DC变换器存在诸多问题，如效率低、输出电压波动大、适应性差等。为了解决这些问题，现有存在采用了Buck、Boost、Buck-Boost等不同拓扑结构的变换器。然而，这些传统解决方案仍然存在诸多限制，难以满足楼宇光伏系统对高效率、可靠性和稳定性的要求。
发明内容
本申请实施例提供了一种多输出、变结构的双向DC-DC变换器及其供电方法，用于解决现有DC-DC变换器存在效率低、输出电压波动大、适应性差等缺点，使得其不适用楼宇场景的光伏发电系统的技术问题。
为了实现上述目的，本申请实施例提供如下技术方案：
一方面，提供了一种多输出、变结构的双向DC-DC变换器，包括输入端、输出端、开关模块、双管Buck-Boost拓扑模块和反激模块；
所述输入端，用于与电源连接；
所述输出端，用于与负载连接，所述输出端包括第一输出端和第二输出端；
所述开关模块，包括第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件，通过控制所述第一开关元件、所述第二开关元件和/或所述第三开关元件是否工作确定所述双管Buck-Boost拓扑模块和/或所述反激模块给所述负载供电；
其中，所述双管Buck-Boost拓扑模块通过所述第一开关元件与所述输入端连接，所述反激模块通过所述第二开关元件与所述输入端连接，所述双管Buck-Boost拓扑模块还与所述第一输出端连接，所述反激模块还与所述第二输出端连接，所述反激模块与所述双管Buck-Boost拓扑模块之间通过所述第三开关元件连接。
优选地，所述双管Buck-Boost拓扑模块包括第一开关管、第二开关管、电感、第三半导体元件、第四半导体元件和第七电容，所述第一开关管的第二端与所述第一开关元件的第二端连接，所述第一开关管的第三端分别与所述第三半导体元件的第二端和所述电感的第一端连接，所述电感的第二端分别与所述第二开关管的第三端和所述第四半导体元件的第一端连接，所述第四半导体元件的第二端分别与所述第七电容的第二端、所述第一输出端的第二端和所述第三开关元件的第一端连接，所述第三半导体元件的第一端、所述第二开关管的第二端、所述第七电容的第一端和所述第一输出端的第一端均接地。
优选地，所述第一开关管的第二端与所述第一开关管的第三端之间并联有第一半导体元件和第一电容；所述第二开关管的第二端与所述第二开关管的第三端之间并联有第二半导体元件和第二电容。
优选地，所述反激模块包括第三开关管、变压器、第六半导体元件、第三电容、第七半导体元件、第四电容、第八半导体元件和第五电容，所述变压器的一次侧线圈同名端分别与所述第三开关元件的第二端和所述第二开关元件的第二端连接，所述变压器的一次侧线圈非同名端与所述第三开关管的第二端连接，所述第三开关管的第三端接地，所述变压器的二次侧第一线圈非同名端与所述第六半导体元件的第一端连接，所述第六半导体元件的第二端与所述第三电容的第二端连接，所述变压器的二次侧第一线圈同名端与所述第三电容的第一端连接；所述变压器的二次侧第二线圈非同名端与所述第七半导体元件的第一端连接，所述第七半导体元件的第二端与所述第四电容的第二端连接，所述变压器的二次侧第二线圈同名端与所述第四电容的第一端连接；所述变压器的二次侧第三线圈非同名端与所述第八半导体元件的第一端连接，所述第八半导体元件的第二端与所述第五电容的第二端连接，所述变压器的二次侧第三线圈同名端与所述第五电容的第一端连接；所述第三电容、所述第四电容和所述第五电容均与所述第二输出端并联连接。
又一方面，提供了一种多输出、变结构的双向DC-DC变换器的供电方法，应用于上述所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器上，该供电方法包括以下步骤：
获取负载的需求参数，所述需求参数为电压数据或低波纹、宽范围的电压类型；
根据所述需求参数确定采用双管Buck-Boost拓扑模块和/或反激模块给负载供电。
优选地，根据所述需求参数确定采用双管Buck-Boost拓扑模块和/或反激模块给负载供电包括：
若所述负载的需求参数为所述电压数据且所述电压数据小于电压阈值，控制第一开关元件工作、第二开关元件关断不工作和第三开关元件关断不工作，则采用所述双管Buck-Boost拓扑模块给与第一输出端连接的所述负载供电；
若所述负载的需求参数为所述电压数据且所述电压数据不小于所述电压阈值，控制所述第二开关元件工作、所述第一开关元件关断不工作和所述第三开关元件关断不工作，则采用所述反激模块给与第二输出端连接的所述负载供电；
若所述负载的需求参数为电压类型，控制所述第二开关元件关断不工作、所述第一开关元件工作和所述第三开关元件工作，则采用所述双管Buck-Boost拓扑模块和所述反激模块共同给与第二输出端连接的所述负载供电。
优选地，采用所述双管Buck-Boost拓扑模块给与第一输出端连接的所述负载供电包括：
若控制第一开关管导通工作、第二开关管导通工作、第三半导体元件关断不工作和第四半导体元件关断不工作，则电源给电感充电，且通过第七电容放电给与第一输出端连接的所述负载供电；
若控制所述第一开关管导通工作、所述第二开关管关断不工作、所述第三半导体元件关断不工作和所述第四半导体元件导通工作，则所述电源给所述电感和所述第七电容充电，且通过所述电源给与第一输出端连接的所述负载供电；
若控制所述第一开关管关断不工作、所述第二开关管导通工作、第三半导体元件导通工作和第四半导体元件导通工作，则通过所述电感和所述第七电容放电给与第一输出端连接的所述负载供电。
优选地，采用所述反激模块给与第二输出端连接的所述负载供电包括：
若控制第三开关管导通工作且第六半导体元件导通工作、第七半导体元件导通工作和/或第八半导体元件导通工作，则通过电源给第三电容、第四电容和/或第五电容充电并给与第二输出端连接的所述负载供电；
若控制所述第三开关管关断不工作且所述第六半导体元件关断不工作、所述第七半导体元件关断不工作和/或所述第八半导体元件关断不工作，则通过所述第三电容、所述第四电容和/或所述第五电容放电给与第二输出端连接的所述负载供电。
优选地，采用所述双管Buck-Boost拓扑模块和所述反激模块共同给与第二输出端连接的所述负载供电包括：
若控制第一开关管导通工作、第二开关管导通工作、第三半导体元件关断不工作和第四半导体元件关断不工作，则电源给电感充电且通过第七电容放电得到第一输出电源；控制第三开关管导通工作且第六半导体元件导通工作、第七半导体元件导通工作和/或第八半导体元件导通工作，则通过所述第一输出电源给第三电容、第四电容和/或第五电容充电并给与第二输出端连接的所述负载供电；或
若控制所述第一开关管导通工作、所述第二开关管关断不工作、所述第三半导体元件关断不工作和所述第四半导体元件导通工作，则所述电源给所述电感和所述第七电容充电且通过所述电源得到第二输出电源；控制所述第三开关管导通工作且所述第六半导体元件导通工作、所述第七半导体元件导通工作和/或所述第八半导体元件导通工作，则通过所述第二输出电源给所述第三电容、所述第四电容和/或所述第五电容充电并给与第二输出端连接的所述负载供电；或
若控制所述第一开关管关断不工作、所述第二开关管导通工作、第三半导体元件导通工作和第四半导体元件导通工作，则通过所述电感和所述第七电容放电得到第三输出电源；控制所述第三开关管导通工作且所述第六半导体元件导通工作、所述第七半导体元件导通工作和/或所述第八半导体元件导通工作，则通过所述第三输出电源给所述第三电容、所述第四电容和/或所述第五电容充电并给与第二输出端连接的所述负载供电。
再一方面，提供了一种终端设备，包括处理器以及存储器；
所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行上述所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器的供电方法。
该多输出、变结构的双向DC-DC变换器及其供电方法，该多输出、变结构的双向DC-DC变换器，包括输入端、输出端、开关模块、双管Buck-Boost拓扑模块和反激模块；输入端用于与电源连接；输出端用于与负载连接，输出端包括第一输出端和第二输出端；开关模块包括第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件，通过控制第一开关元件、第二开关元件和/或第三开关元件是否工作确定双管Buck-Boost拓扑模块和/或反激模块给负载供电。从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：该多输出、变结构的双向DC-DC变换器通过双管Buck-Boost拓扑模块和反激模块的拓扑结构相结合，通过控制开关模块中三个开关元件的通断实现双向DC-DC变换器拓扑结构的改变，实现输入电压的变换和输出电压的稳定调节，适应电力输电系统各种不同电压需求；解决了现有DC-DC变换器存在效率低、输出电压波动大、适应性差等缺点，使得其不适用楼宇场景的光伏发电系统的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例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作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅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为本申请实施例所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器的框架示意图；
图2为本申请实施例所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器的电路示意图；
图3为本申请实施例所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器中双管Buck-Boost拓扑模块供电的电路示意图；
图4为本申请实施例所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器中反激模块供电的电路示意图；
图5为本申请实施例所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器的步骤流程图；
图6为本申请实施例所述的终端设备的示意图。
具体实施方式
为使得本申请的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，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、完整的描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而非全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
在本申请实施例的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本申请实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请实施例中的具体含义。
现如今楼宇光伏系统除了需要为常规电器设备供电外，还可以用于供电电动车充电桩、储能系统等。多输出电压级DC-DC转换器可以同时满足这些不同应用的电压级要求，并且多输出电压级DC-DC转换器可以针对每个输出通路进行独立控制和保护，当一个通路发生故障时，其他通路仍然可以正常运行，从而提高了整个楼宇光伏系统的可靠性。将双管Buck-Boost和反激电路结合，综合利用隔离型和非隔离型DC-DC的优点，并借助反激电路的隔离特性实现互相隔离的多路输出，同时可以减少所需的电源数量和设备数量，从而节约空间和成本。
本申请实施例提供了一种多输出、变结构的双向DC-DC变换器及其供电方法，解决了现有DC-DC变换器存在效率低、输出电压波动大、适应性差等缺点，使得其不适用楼宇场景的光伏发电系统的技术问题。
实施例一：
图1为本申请实施例所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器的框架示意图。
如图1所示，本申请实施例提供了一种多输出、变结构的双向DC-DC变换器，包括输入端10、输出端20、开关模块30、双管Buck-Boost拓扑模块40和反激模块50。输入端10用于与电源连接。输出端20用于与负载连接，输出端20包括第一输出端Load-1和第二输出端Load-2。开关模块30包括第一开关元件K1、第二开关元件K2和第三开关元件23，通过控制第一开关元件K1、第二开关元件K2和/或第三开关元件K3是否工作确定双管Buck-Boost拓扑模块40和/或反激模块50给负载供电。其中，双管Buck-Boost拓扑模块40通过第一开关元件K1与输入端10连接，反激模块50通过第二开关元件K2与输入端10连接，双管Buck-Boost拓扑模块40还与第一输出端Load-1连接，反激模块50还与第二输出端Load-2连接，反激模块50与双管Buck-Boost拓扑模块40之间通过第三开关元件K3连接。
需要说明的是，第一开关元件K1、第二开关元件K2和第三开关元件23均可以优选为继电器。该多输出、变结构的双向DC-DC变换器将双管Buck-Boost拓扑模块40和反激模块50的拓扑结构相结合，通过控制开关模块30中三个开关元件的通断实现双向DC-DC变换器拓扑结构的改变，通过有效控制双管Buck-Boost拓扑模块40和反激模块功率50中开关管的导通和关断，实现输入电压的变换和输出电压的稳定调节，从而让应用该多输出、变结构的双向DC-DC变换器的电力输电系统(如光伏系统)具有效率高、稳定性和可靠性强的优点。
在本申请实施例中，该多输出、变结构的双向DC-DC变换器若选择采用双管Buck-Boost拓扑模块40非负载供电，实现输出和输入同极性。该多输出、变结构的双向DC-DC变换器若选择双管Buck-Boost拓扑模块40和反激模块50共同给负载供电，借助开关模块30的三个开关元件实现结构拓扑的变换，对于后级级联的反激模块50，充分利用了变压器的能量传递和存储的特性，通过控制开关元件的导通和关断，进一步调节能量的传递和存储，抑制输出电压的波动；对于前级级联双管Buck-Boost拓扑模块40，可以通过调整双管Buck-Boost拓扑模块40的工作模式来扩展输入电压范围从而可以适应更广泛范围的输入电压水平，综合两者优点最终实现较大范围的电压转换和稳定的输出电压。该多输出、变结构的双向DC-DC变换器若选择隔离型的反激模块50输出和变压器变比有关的特性实现多路输出，可适应电力输电系统不同电压需求。
需要说明的是，该多输出、变结构的双向DC-DC变换器可以保证各个不同电压等级之间支路实现电气隔离，也可以通过开关管实现软开通，降低开关损耗。
本申请提供的一种多输出、变结构的双向DC-DC变换器，包括输入端、输出端、开关模块、双管Buck-Boost拓扑模块和反激模块；输入端用于与电源连接；输出端用于与负载连接，输出端包括第一输出端和第二输出端；开关模块包括第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件，通过控制第一开关元件、第二开关元件和/或第三开关元件是否工作确定双管Buck-Boost拓扑模块和/或反激模块给负载供电。该多输出、变结构的双向DC-DC变换器通过双管Buck-Boost拓扑模块和反激模块的拓扑结构相结合，通过控制开关模块中三个开关元件的通断实现双向DC-DC变换器拓扑结构的改变，实现输入电压的变换和输出电压的稳定调节，适应电力输电系统各种不同电压需求；解决了现有DC-DC变换器存在效率低、输出电压波动大、适应性差等缺点，使得其不适用楼宇场景的光伏发电系统的技术问题。
图2为本申请实施例所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器的电路示意图，图3为本申请实施例所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器中双管Buck-Boost拓扑模块供电的电路示意图，图4为本申请实施例所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器中反激模块供电的电路示意图。
如图2和图3所示，在本申请的一个实施例中，双管Buck-Boost拓扑模块40包括第一开关管S1、第二开关管S2、电感L1、第三半导体元件D3、第四半导体元件D4和第七电容C7，第一开关管S1的第二端与第一开关元件K1的第二端连接，第一开关管S1的第三端分别与第三半导体元件D3的第二端和电感L的第一端连接，电感L的第二端分别与第二开关管S2的第三端和第四半导体元件D4的第一端连接，第四半导体元件D4的第二端分别与第七电容C7的第二端、第一输出端Load-1的第二端和第三开关元件K3的第一端连接，第三半导体元件D3的第一端、第二开关管S2的第二端、第七电容C2的第一端和第一输出端Load-1的第一端均接地。
需要说明的是，第一开关管S1的第二端与第一开关管S1的第三端之间并联有第一半导体元件D1和第一电容C1；第二开关管S2的第二端与第二开关管S2的第三端之间并联有第二半导体元件D2和第二电容C2。第一开关元件K1的第一端与输入端10中电源Upv的正极连接。在实施例中，该多输出、变结构的双向DC-DC变换器的开关管均可以选为MOS管，MOS管的漏极作为开关管的第二端，MOS管的源极作为开关管的第三端。该多输出、变结构的双向DC-DC变换器的半导体元件均可以选为二极管，二极管的阳极作为半导体元件的第一端，二极管的阴极作为半导体元件的第二端。输入端10中电源Upv的负极接地。
如图2和图4所示，在本申请的一个实施例中，反激模块50包括第三开关管S3、变压器T、第六半导体元件D6、第三电容C3、第七半导体元件D7、第四电容C4、第八半导体元件D8和第五电容C5，变压器T的一次侧线圈N1同名端分别与第三开关元件K3的第二端和第二开关元件K2的第二端连接，变压器T的一次侧线圈N1非同名端与第三开关管S3的第二端连接，第三开关管S3的第三端接地，变压器T的二次侧第一线圈N2非同名端与第六半导体元件D6的第一端连接，第六半导体元件D6的第二端与第三电容C1的第二端连接，变压器T的二次侧第一线圈N2同名端与第三电容C3的第一端连接；变压器T的二次侧第二线圈N3非同名端与第七半导体元件D7的第一端连接，第七半导体元件D7的第二端与第四电容C4的第二端连接，变压器T的二次侧第二线圈N3同名端与第四电容C4的第一端连接；变压器T的二次侧第三线圈N4非同名端与第八半导体元件D8的第一端连接，第八半导体元件D8的第二端与第五电容C5的第二端连接，变压器T的二次侧第三线圈N4同名端与第五电容C5的第一端连接；第三电容C3、第四电容C4和第五电容C5均与第二输出端Load-2并联连接。
需要说明的是，通过开关模块30的第一开关元件K1、第二开关元件K2和第三开关元件K3的状态不同(如是否工作)，实现该多输出、变结构的双向DC-DC变换器的双管Buck-Boost拓扑模块40单独供电、反激模块50单独供电以及双管Buck-Boost拓扑模块40和反激模块50共同供电这三种工作供电模式。
实施例二：
图5为本申请实施例所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器的步骤流程图。
如图5所示，本申请实施例提供了一种多输出、变结构的双向DC-DC变换器的供电方法，应用于上述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器上，该供电方法包括以下步骤：
S1.获取负载的需求参数，所述需求参数为电压数据或低波纹、宽范围的电压类型；
S2.根据需求参数确定采用双管Buck-Boost拓扑模块和/或反激模块给负载供电。
需要说明的是，该多输出、变结构的双向DC-DC变换器的内容已在实施例二中阐述，此实施例中不再对该多输出、变结构的双向DC-DC变换器的内容进行详细阐述。该多输出、变结构的双向DC-DC变换器的供电方法是根据负载的需求参数确定选择该多输出、变结构的双向DC-DC变换器中双管Buck-Boost拓扑模块单独给负载供电、反激模块单独给负载供电还是双管Buck-Boost拓扑模块和反激模块共同给负载供电。
如图2至图4所示，在本申请的一个实施例中，根据需求参数确定采用双管Buck-Boost拓扑模块和/或反激模块给负载供电包括：
若负载的需求参数为电压数据且电压数据小于电压阈值，控制第一开关元件工作、第二开关元件关断不工作和第三开关元件关断不工作，则采用双管Buck-Boost拓扑模块给与第一输出端连接的负载供电；
若负载的需求参数为电压数据且电压数据不小于电压阈值，控制第二开关元件工作、第一开关元件关断不工作和第三开关元件关断不工作，则采用反激模块给与第二输出端连接的负载供电；
若负载的需求参数为电压类型，控制第二开关元件关断不工作、第一开关元件工作和第三开关元件工作，则采用双管Buck-Boost拓扑模块和反激模块共同给与第二输出端连接的负载供电。
需要说明的是，电压阈值可以根据需求设置，在此实施例中，电压阈值可以选为700V。在本实施例中，在负载的电压数据处于0～750V范围内，无需电气隔离时采用双管Buck-Boost拓扑模块单独供电，双管Buck-Boost拓扑模块的输出端与负载连接。随着新能源汽车不断发展，电动汽车充电站数量逐渐增加，而对于电动汽车充电站，其负载电压等级较高(如电压数据达到750V及以上)，需电气隔离或需要多路输出时采用反激模块单独供电，第二输出端可根据具体负载需求配置调节反激模块中变压器变比构造多个输出电压通道。对于楼宇的通讯系统和数据中心，需要进一步升降压且需要高度稳定的低纹波、宽范围(如电压类型)输出时，则采用双管Buck-Boost拓扑模块结合反激模块共同给负载供电。该多输出、变结构的双向DC-DC变换器的供电方法根据负载的需求参数合理控制开关模块的三个开关元件的通断可以实现三种供电模式的切换。
如图3所示，在本申请的一个实施例中，采用双管Buck-Boost拓扑模块给与第一输出端连接的负载供电包括：
若控制第一开关管导通工作、第二开关管导通工作、第三半导体元件关断不工作和第四半导体元件关断不工作，则电源给电感充电，且通过第七电容放电给与第一输出端连接的负载供电；
若控制第一开关管导通工作、第二开关管关断不工作、第三半导体元件关断不工作和第四半导体元件导通工作，则电源给电感和第七电容充电，且通过电源给与第一输出端连接的负载供电；
若控制第一开关管关断不工作、第二开关管导通工作、第三半导体元件导通工作和第四半导体元件导通工作，则通过电感和第七电容放电给与第一输出端连接的负载供电。
需要说明的是，采用双管Buck-Boost拓扑模块给负载供电过程中，双管Buck-Boost拓扑模块的工作模式采用的是双沿工作模式，结合了Buck变换器和Boost变换器的特点，不改变电压极性且在同一方向上既能实现升压又能实现降压。
在本申请实施例中，采用双管Buck-Boost拓扑模块给负载供电，得到第一输出端输出的电压的内容包括：
获取输入端的电源Vpv、第一开关管的第一占空比D1和第二开关管的第二占空比D2；
根据电源、第一占空比和第二占空比，得到第一输出端输出的电压Vo。
需要说明的是，根据电感L的伏秒平衡方程，伏秒平衡方程的表达式为Vo(1-D2)-Vpv*D1，得到电压Vo＝D1/(1-D2)*Vpv。其中，电流关系：Io＝D1/(1-D2)*Iin，式中，Io为第一输出端的输出电流，Iin为输入端提供的输入电流。在双管Buck-Boost拓扑模块采用双沿工作模式时，第一占空比D1和第二占空比D2相等，则电压应力的表达式为：
式中，U代表电压应力，下表代表电子元器件，由此可知双管Buck-Boost拓扑模块的第一开关管和第二开关管承受的电压低，占空比的调节范围更广。
如图4所示，在本申请的一个实施例中，采用反激模块给与第二输出端连接的负载供电包括：
若控制第三开关管导通工作且第六半导体元件导通工作、第七半导体元件导通工作和/或第八半导体元件导通工作，则通过电源给第三电容、第四电容和/或第五电容充电并给与第二输出端连接的负载供电；
若控制第三开关管关断不工作且第六半导体元件关断不工作、第七半导体元件关断不工作和/或第八半导体元件关断不工作，则通过第三电容、第四电容和/或第五电容放电给与第二输出端连接的负载供电。
需要说明的是，反激模块的工作原理是：在第三开关管关断时依靠第三电容、第四电容和/或第五电容给与第二输出端连接的负载供电；在第三开关管导通后再给第三电容C3、第四电容C4和/或第五电容C5充电并给与第二输出端连接的负载供电。在本实施例中，在反激模块中，第三开关管S3导通，电源向变压器T的一次侧线圈N1充电，与变压器T二次侧第二线圈N2、第三线圈N3和第四线圈N4连接的第六半导体元件D6关断(截止)不工作、第七半导体元件D7关断(截止)不工作和/或第八半导体元件D8关断(截止)不工作，由第三电容C3、第四电容C4和/或第五电容C5给负载提供能量；第三开关管S3断开不工作时，变压器T的一次侧线圈N1的电流从非同名端流入，变压器T二次侧的电流从第二线圈N2、第三线圈N3和第四线圈N4流出通过第六半导体元件D6导通工作、第七半导体元件D7导通工作和/或第八半导体元件D8导通工作向电容及负载放电，实现多路电流电压输出，反激模块的输出电压可通过调节二次侧线圈的匝数实现。其中，通过电源给与第二输出端连接的负载供电共有7种输出电压，反激模块的输出电压与变压器T的匝数比有关，变压器T的匝数比包括N1：N2、N1：N3、N1：N4、N1：(N2+N3)、N1：(N2+N4)、N1：(N3+N4)、N1：(N2+N3+N4)。通过第三电容、第四电容和/或第五电容放电给与第二输出端连接的负载供电共有7种输出电压，7种输出电压分别为：第三电容C3的放电电压、第四电容C4的放电电压、第五电容C5的放电电压、第三电容C3的放电电压和第四电容C4的放电电压之和、第三电容C3的放电电压和第五电容C5的放电电压之和、第五电容C5的放电电压和第四电容C4的放电电压之和以及第三电容C3的放电电压、第四电容C4的放电电压和第五电容C5的放电电压之和。
在本申请实施例中，采用反激模块给负载供电，得到第二输出端输出的电压的内容包括：
获取输入端的电源Vpv、第三开关管的占空比D；
根据电源和占空比，得到第二输出端输出的电压Voi。
需要说明的是，对变压器T的一次侧线圈N1列写伏秒平衡，该伏秒平衡的表达式为：
式中，N1为变压器中一次侧线圈的匝数，N2为变压器中二次侧第二线圈的匝数。根据该伏秒平衡可知进行变换，得到第二输出端输出的多路电压，将与第三电容并联的第二输出端输出的电压、电流、电压应力记为Vo1、Io1、Uo1，与第四电容并联的第二输出端输出的电压、电流、电压应力记为Vo2、Io2、Uo2，与第五电容并联的第二输出端输出的电压、电流、电压应力记为Vo3、Io3、Uo3，第二输出端输出的多路电压的电压表达式为：
式中，N3为变压器中二次侧第三线圈的匝数，N4为变压器中二次侧第四线圈的匝数。第二输出端输出的多路电流的电流表达式为：
由此可见反激模块输出电压可通过调节变压器二次侧线圈的匝数实现。则可以得到第三电容的电压应力UC3、第四电容的电压应力UC4、第五电容的电压应力UC5、第六半导体元件的电压应力UD6、第七半导体元件的电压应力UD7和第八半导体元件的电压应力UD8。电压应力的表达式为：
则第三开关管S3的电压应力等于电源Vpv。
如图2所示，在本申请的一个实施例中，采用双管Buck-Boost拓扑模块和反激模块共同给与第二输出端连接的负载供电包括：
若控制第一开关管导通工作、第二开关管导通工作、第三半导体元件关断不工作和第四半导体元件关断不工作，则电源给电感充电且通过第七电容放电得到第一输出电源；控制第三开关管导通工作且第六半导体元件导通工作、第七半导体元件导通工作和/或第八半导体元件导通工作，则通过第一输出电源给第三电容、第四电容和/或第五电容充电并给与第二输出端连接的负载供电；或
若控制第一开关管导通工作、第二开关管关断不工作、第三半导体元件关断不工作和第四半导体元件导通工作，则电源给电感和第七电容充电且通过电源得到第二输出电源；控制第三开关管导通工作且第六半导体元件导通工作、第七半导体元件导通工作和/或第八半导体元件导通工作，则通过第二输出电源给第三电容、第四电容和/或第五电容充电并给与第二输出端连接的负载供电；或
若控制第一开关管关断不工作、第二开关管导通工作、第三半导体元件导通工作和第四半导体元件导通工作，则通过电感和第七电容放电得到第三输出电源；控制第三开关管导通工作且第六半导体元件导通工作、第七半导体元件导通工作和/或第八半导体元件导通工作，则通过第三输出电源给第三电容、第四电容和/或第五电容充电并给与第二输出端连接的负载供电。
需要说明的是，采用双管Buck-Boost拓扑模块和反激模块共同给与第二输出端连接的负载供电是将输入端输入的电压先经过前级双管Buck-Boost拓扑模块升压后再进入反激模块进行反激。双管Buck-Boost拓扑模块的输出电压V'in作为反激模块的输入。其中，采用双管Buck-Boost拓扑模块和反激模块共同给与第二输出端连接的负载供电中反激模块输出电压可通过调节二次侧线圈的匝数实现，且与前级的双管Buck-Boost拓扑模块组合可以实现进一步升降压。在本实施例中，因双管Buck-Boost拓扑模块输出的电压，反激模块也存在14种不同数值的电压输出，则将双管Buck-Boost拓扑模块输出的电压输入反激模块中，那么采用双管Buck-Boost拓扑模块和反激模块共同供电情况下，第二输出端可以输出1*14种不同数值的电压，使得该多输出、变结构的双向DC-DC变换器可以根据负载的需求提供对应的电压。
实施例三：
图6为本申请实施例所述的终端设备的示意图。
如图6所示，本申请实施例提供了一种终端设备，包括处理器以及存储器；
存储器，用于存储程序代码，并将程序代码传输给处理器；
处理器，用于根据程序代码中的指令执行上述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器的供电方法。
需要说明的是，处理器用于根据所述程序代码中的指令执行上述的一种多输出、变结构的双向DC-DC变换器的供电方法实施例中的步骤。或者，处理器执行计算机程序时实现上述各系统/装置实施例中各模块/单元的功能。
示例性的，计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元，一个或者多个模块/单元被存储在存储器中，并由处理器执行，以完成本申请。一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述计算机程序在终端设备中的执行过程。
终端设备可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器。本领域技术人员可以理解，并不构成对终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如终端设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路、现成可编程门阵列或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以是终端设备的内部存储单元，例如终端设备的硬盘或内存。存储器也可以是终端设备的外部存储设备，例如终端设备上配备的插接式硬盘，智能存储卡，安全数字卡，闪存卡等。进一步地，存储器还可以既包括终端设备的内部存储单元也包括外部存储设备。存储器用于存储计算机程序以及终端设备所需的其他程序和数据。存储器还可以用于暂时的存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其他的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其他的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器、随机存取存储器、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种多输出、变结构的双向DC-DC变换器，其特征在于，包括输入端、输出端、开关模块、双管Buck-Boost拓扑模块和反激模块；
所述输入端，用于与电源连接；
所述输出端，用于与负载连接，所述输出端包括第一输出端和第二输出端；
所述开关模块，包括第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件，通过控制所述第一开关元件、所述第二开关元件和/或所述第三开关元件是否工作确定所述双管Buck-Boost拓扑模块和/或所述反激模块给所述负载供电；
其中，所述双管Buck-Boost拓扑模块通过所述第一开关元件与所述输入端连接，所述反激模块通过所述第二开关元件与所述输入端连接，所述双管Buck-Boost拓扑模块还与所述第一输出端连接，所述反激模块还与所述第二输出端连接，所述反激模块与所述双管Buck-Boost拓扑模块之间通过所述第三开关元件连接。
2.根据权利要求1所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器，其特征在于，所述双管Buck-Boost拓扑模块包括第一开关管、第二开关管、电感、第三半导体元件、第四半导体元件和第七电容，所述第一开关管的第二端与所述第一开关元件的第二端连接，所述第一开关管的第三端分别与所述第三半导体元件的第二端和所述电感的第一端连接，所述电感的第二端分别与所述第二开关管的第三端和所述第四半导体元件的第一端连接，所述第四半导体元件的第二端分别与所述第七电容的第二端、所述第一输出端的第二端和所述第三开关元件的第一端连接，所述第三半导体元件的第一端、所述第二开关管的第二端、所述第七电容的第一端和所述第一输出端的第一端均接地。
3.根据权利要求2所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器，其特征在于，所述第一开关管的第二端与所述第一开关管的第三端之间并联有第一半导体元件和第一电容；所述第二开关管的第二端与所述第二开关管的第三端之间并联有第二半导体元件和第二电容。
4.根据权利要求1所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器，其特征在于，所述反激模块包括第三开关管、变压器、第六半导体元件、第三电容、第七半导体元件、第四电容、第八半导体元件和第五电容，所述变压器的一次侧线圈同名端分别与所述第三开关元件的第二端和所述第二开关元件的第二端连接，所述变压器的一次侧线圈非同名端与所述第三开关管的第二端连接，所述第三开关管的第三端接地，所述变压器的二次侧第一线圈非同名端与所述第六半导体元件的第一端连接，所述第六半导体元件的第二端与所述第三电容的第二端连接，所述变压器的二次侧第一线圈同名端与所述第三电容的第一端连接；所述变压器的二次侧第二线圈非同名端与所述第七半导体元件的第一端连接，所述第七半导体元件的第二端与所述第四电容的第二端连接，所述变压器的二次侧第二线圈同名端与所述第四电容的第一端连接；所述变压器的二次侧第三线圈非同名端与所述第八半导体元件的第一端连接，所述第八半导体元件的第二端与所述第五电容的第二端连接，所述变压器的二次侧第三线圈同名端与所述第五电容的第一端连接；所述第三电容、所述第四电容和所述第五电容均与所述第二输出端并联连接。
5.一种多输出、变结构的双向DC-DC变换器的供电方法，应用于如权利要求1-4任意一项所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器上，其特征在于，该供电方法包括以下步骤：
获取负载的需求参数，所述需求参数为电压数据或低波纹、宽范围的电压类型；
根据所述需求参数确定采用双管Buck-Boost拓扑模块和/或反激模块给负载供电。
6.根据权利要求5所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器的供电方法，其特征在于，根据所述需求参数确定采用双管Buck-Boost拓扑模块和/或反激模块给负载供电包括：
若所述负载的需求参数为所述电压数据且所述电压数据小于电压阈值，控制第一开关元件工作、第二开关元件关断不工作和第三开关元件关断不工作，则采用所述双管Buck-Boost拓扑模块给与第一输出端连接的所述负载供电；
若所述负载的需求参数为所述电压数据且所述电压数据不小于所述电压阈值，控制所述第二开关元件工作、所述第一开关元件关断不工作和所述第三开关元件关断不工作，则采用所述反激模块给与第二输出端连接的所述负载供电；
若所述负载的需求参数为电压类型，控制所述第二开关元件关断不工作、所述第一开关元件工作和所述第三开关元件工作，则采用所述双管Buck-Boost拓扑模块和所述反激模块共同给与第二输出端连接的所述负载供电。
7.根据权利要求6所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器的供电方法，其特征在于，采用所述双管Buck-Boost拓扑模块给与第一输出端连接的所述负载供电包括：
若控制第一开关管导通工作、第二开关管导通工作、第三半导体元件关断不工作和第四半导体元件关断不工作，则电源给电感充电，且通过第七电容放电给与第一输出端连接的所述负载供电；
若控制所述第一开关管导通工作、所述第二开关管关断不工作、所述第三半导体元件关断不工作和所述第四半导体元件导通工作，则所述电源给所述电感和所述第七电容充电，且通过所述电源给与第一输出端连接的所述负载供电；
若控制所述第一开关管关断不工作、所述第二开关管导通工作、第三半导体元件导通工作和第四半导体元件导通工作，则通过所述电感和所述第七电容放电给与第一输出端连接的所述负载供电。
8.根据权利要求6所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器的供电方法，其特征在于，采用所述反激模块给与第二输出端连接的所述负载供电包括：
若控制第三开关管导通工作且第六半导体元件导通工作、第七半导体元件导通工作和/或第八半导体元件导通工作，则通过电源给第三电容、第四电容和/或第五电容充电并给与第二输出端连接的所述负载供电；
若控制所述第三开关管关断不工作且所述第六半导体元件关断不工作、所述第七半导体元件关断不工作和/或所述第八半导体元件关断不工作，则通过所述第三电容、所述第四电容和/或所述第五电容放电给与第二输出端连接的所述负载供电。
9.根据权利要求6所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器的供电方法，其特征在于，采用所述双管Buck-Boost拓扑模块和所述反激模块共同给与第二输出端连接的所述负载供电包括：
若控制第一开关管导通工作、第二开关管导通工作、第三半导体元件关断不工作和第四半导体元件关断不工作，则电源给电感充电且通过第七电容放电得到第一输出电源；控制第三开关管导通工作且第六半导体元件导通工作、第七半导体元件导通工作和/或第八半导体元件导通工作，则通过所述第一输出电源给第三电容、第四电容和/或第五电容充电并给与第二输出端连接的所述负载供电；或
若控制所述第一开关管导通工作、所述第二开关管关断不工作、所述第三半导体元件关断不工作和所述第四半导体元件导通工作，则所述电源给所述电感和所述第七电容充电且通过所述电源得到第二输出电源；控制所述第三开关管导通工作且所述第六半导体元件导通工作、所述第七半导体元件导通工作和/或所述第八半导体元件导通工作，则通过所述第二输出电源给所述第三电容、所述第四电容和/或所述第五电容充电并给与第二输出端连接的所述负载供电；或
若控制所述第一开关管关断不工作、所述第二开关管导通工作、第三半导体元件导通工作和第四半导体元件导通工作，则通过所述电感和所述第七电容放电得到第三输出电源；控制所述第三开关管导通工作且所述第六半导体元件导通工作、所述第七半导体元件导通工作和/或所述第八半导体元件导通工作，则通过所述第三输出电源给所述第三电容、所述第四电容和/或所述第五电容充电并给与第二输出端连接的所述负载供电。
10.一种终端设备，其特征在于，包括处理器以及存储器；
所述存储器，用于存储程序代码，并将所述程序代码传输给所述处理器；
所述处理器，用于根据所述程序代码中的指令执行如权利要求5-9任意一项所述的多输出、变结构的双向DC-DC变换器的供电方法。
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2024
- 2024-02-27 CN CN202410213558.1A patent/CN118017848A/zh active Pending
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