CN202435265U

CN202435265U - 车载电源装置及其直流-直流转换器

Info

Publication number: CN202435265U
Application number: CN2012200176077U
Authority: CN
Inventors: 胡峻凡; 胡定高; 莫光铖; 郑向红; 吴壬华
Original assignee: Shenzhen Shinry Technologies Co Ltd
Current assignee: Shenzhen Shinry Technologies Co Ltd
Priority date: 2012-01-16
Filing date: 2012-01-16
Publication date: 2012-09-12
Anticipated expiration: 2022-01-16

Abstract

本实用新型实施例公开一种直流-直流转换器，该直流-直流转换器包括：一个输入级，包括第一正极与第一负极，该第一正极用于接收一个输入电压；一个输出级，包括第二正极与第三正极，该第二正极与所述第一正极耦接，用于根据所述输入电压输出一个输出电压；以及至少一个能量回馈级，耦接在所述输入级与所述第三正极之间，用于将输出级输出的部分能量反馈至所述第一正极，且所述输入级的输入电压等于所述输出级的输出电压与所述第三正极的电压之和。本实用新型还提供一种采用该直流-直流转换器的车载电源装置。该直流-直流转换器的功率转换效率提高，从而能够同时提高车载电源装置的效率。

Description

车载电源装置及其直流-直流转换器

技术领域

本实用新型涉及电源装置，尤其涉及车载电源装置及其直流-直流转换器。

背景技术

现有车载充电机几乎都是隔离型的，效率大致为90％-93％左右，由于发散热量较大，必须采取强制冷却措施。水冷方式以及风冷方式下，噪音、摩损存在，且风扇的实际使用寿命不长，从而会进一步缩短全车的寿命。所以，车载充电机的二种常规冷却方式(风冷、水冷)并不是最为实用的冷却方式。实践证明，车载充电机的自然风冷运行才是最实用的冷却方式。但要实现自然风冷运行，车载充电机的整体功率变换效率必须提升至96％以上。

现有的车载充电机系统通常包括两个重要组成部分：功率因数校正(PFC)级的功率变换拓扑结构以及直流-直流功率变换主电路。PFC级的功率变换拓扑结构一般选用二路错相、连续模式运行的PFC拓扑结构，通常功率变换效率最高可达97％-98％。若要求车载充电机的整机满载效率达到96％以上，则直流-直流功率变换主电路的功率变换效率必须也达到98％-99％。然而，目前尚未有任何一种隔离型的直流-直流功率变换主电路的功率变换效率可以达到98％-99％。

实用新型内容

为了解决上述技术问题，有必要提供一种能够使得功率变换效率可以达到98％-99％的直流-直流转换器以及采用该直流-直流转换器的车载电源装置。

本实用新型实施例提供一种直流-直流转换器，该直流-直流转换器包括：一个输入级，包括第一正极与第一负极，该第一正极用于接收一输入电压；一个输出级，包括第二正极与第三正极，该第二正极与所述第一正极耦接，用于根据所述输入电压输出一输出电压；以及至少一个能量回馈级，耦接在所述输入级与所述第三正极之间，用于将输出级输出的部分能量反馈至所述第一正极，且所述输入级的输入电压等于所述输出级的输出电压与所述第三正极的电压之和。

本实用新型实施例还提供一种车载电源装置，其包括：功率因数校正模块，用于接收市电电源并输出一个第一输出电压；直流-直流转换器，用于接收该该第一输出电压并将其转换为第二输出电压，所述第一输出电压大于所述第二输出电压；保护电路，用于对所述直流-直流转换器进行过电流保护；以及控制模块，用于根据编程信号控制所述功率因数校正模块、直流-直流转换器输出的电流或电压，以输出恒流或恒压。该直流-直流转换器包括：一个输入级，包括第一正极与第一负极，该第一正极用于接收所述第一输入电压；一个输出级，包括第二正极与第三正极，该第二正极与所述第一正极耦接，用于根据所述第一输入电压输出一第二输出电压；以及至少一个能量回馈级，耦接在所述输入级与所述输出级之间，用于将输出级输出的部分能量反馈至所述第一正极，且所述输入级的第一输入电压等于所述输出级的第二输出电压与所述第三正极的电压之和。

本实用新型提供的车载电源装置及其采用的直流-直流转换器，通过将第一正极与输出级连接，以及在能源回馈单元向输入级回馈能量，从而提高直流-直流转换器的转换效率以及整个车载电源装置的功率转换效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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是本实用新型第一实施方式提供的直流-直流转换器的结构示意图；

图2是本实用新型第二实施方式提供的直流-直流转换器的电路结构示意图；

图3是本实用新型第三实施方式提供的直流-直流转换器的结构示意图；

图4是本实用新型第四实施方式提供的直流-直流转换器的结构示意图；

图5是本实用新型实施方式提供的车载电源装置的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型实施例中，直流-直流转换器的输入端从功率因数校正(PFC)转换电路获得输入电压，并在输出端输出电压至负载端，同时回馈能量至输入端，从而能够提高输出效率。

请参阅图1，其是本实用新型第一实施方式提供的直流-直流转换器100的结构示意图。在本实施例中，所述直流-直流转换器100为非隔离型功率变化器。该直流-直流转换器100包括一个输入级10、一个输出级20以及至少一个能量回馈级30。

所述输入级10包括第一正极11与第一负极13，该第一正极11用于接收一输入电压。本实施方式中，所述第一正极11从一功率因数修正(PFC)转换电路(请参阅图5)接收所述输入电压，所述输入电压为一市电电压经过所述PFC转换电路转换得到。

所述输出级20用于根据所述输入电压输出一个输出电压，所述输出电压小于所述输入电压。所述输出级20包括第二正极21与第三正极23，该第二正极21与所述第一正极11耦接，从而使得所述第二正极21也能够获得所述输入电压。所述第三正极23连接所述能量回馈级30一端，使得一部分所述输入电压的输出到所述输出级20，而另外一部分输入电压则经由所述第三正极23，输入到所述能量回馈级30中，并形成能量回馈。

本实施方式中，所述能量回馈级30的数量为一个。所述能量回馈级30耦接在所述输入级10与所述输出级20之间。具体的，所述能量回馈级30一边耦接所述第三正极23以及一接地端31，以输入所述第三正极23的电压来实现能量回馈，另一边则耦接所述第一正极11，以将所述能量回馈至所述输入级10。所述接地端31将所述第一负极13接地。

请参阅图2，其为本实用新型第二实施例提供的直流-直流转换器200的结构示意图。第二实施例的直流-直流转换器200与第一实施例的直流-直流转换器100基本相同，其区别在于：

所述输入级10具体包括一第一电容15，所述第一电容15两端分别连接所述第一正极11与第一负极13，即所述第一电容15并联在所述输入级10中，使得所述第一电容15两端电压等于所述输入电压，从而能够将所述输入电压的能量存储起来，并输出至所述输出级20中。本实施例中，所述第一电容15为一电解电容。

所述输出级20包括一第二电容25，所述第二电容25两端分别连接所述第二正极21与第三正极23，即所述第二电容25并联在所述输出级20中，使得所述第二电容25两端电压等于所述输出电压，从而能够将所述输出电压的能量存储起来，并输出至负载端(图未示)。本实施例中，所述第二电容25为一电解电容。

所述能量回馈级30包括一输入部33、一转换电路35以及一输出部37。所述输入部33耦接所述第三正极23以及所述接地端31，用于接收从所述输出级20获得的部分所述输入电压的能量。所述输出部37耦接所述第一正极11以及所述第一负极13，用于将经过所述转换电路35后的能量回馈至所述输入级10。所述转换电路35用于接收所述输入部33的能量，并将该能量转换后从该输出部37输出到该第一正极11。具体的，所述转换电路35包括一第三电容351、一第四电容353、一开关355、一二极管357以及一电感359，所述第三电容351、第四电容353、以及开关355相互并联，所述二极管357串联在所述第三电容351与开关355之间，所述电感359串联在所述第四电容353与开关355之间。

具体的，所述第三电容351包括第四正极351a与第三负极351b，其用于接收所述第三正极23的电压，并进行充电。

所述第四电容353包括第五正极353a与第四负极353b，所述第五正极353a与所述第三负极351b共同连接于所述接地端31。

本实施例中，所述开关355为绝缘栅双极型晶体管。所述开关355包括栅极、发射集以及集电极，所述栅极连接一外部控制信号(图未示)，所述发射集连接所述接地端31，所述集电极连接在所述二极管357以及电感359之间。

所述二极管357的正极连接所述电感359，所述二极管357的负极连接所述第四电容353的第四负极353b以及第一正极11。

所述电感359一端连接所述第三电容351的第四正极351a，另外一端连接所述绝缘栅双极型晶体管的集电极以及所述二极管357的正极。

所述直流-直流转换器100的转换效率满足下列公式：

η＝C1+W*C2，(1)

其中，η为转换效率，C1为所述输出级20的输出电压占输入级10的输入电压的百分比，C2为第三正极23的电压占输入级10的输入电压的百分比，W为第三正极23的电压通过所述能量回馈级30后的的损耗系数。所述公式(1)从下列公式获得：

η＝Iout*Vpfc*C1+W*Iout*Vpfc*C2 (2)

其中，Iout为流经直流-直流转换器100的电流，Vpfc为所述PFC转换电路35的输出电压，即输入级10的输入电压。

结合图3以及上述公式，以接地端31为参考电位点时，输入级10的输入电压大致等于所述第二正极21的电压与第三正极23的电压之和，即：

Vpfc＝Vdco+V_EFin，(3)

其中Vdco为直流-直流变换器输出级20的输出电压，即第二正极21的电压，V_EFin为所述第三正极23的电压，即所述能量回馈级30的输入电压。

由(3)可得，V_EFin＝Vpfc-Vdco (4)

将(4)代入(2)即可计算出转换效率η。例如，当V_EFin占Vpfc的20％时，直流-直流变换器的总效率为：

(Iout*0.8*Vpfc+95％*Iout*20％*Vpfc)/(Io*Vpfc)＝99％；

当V_EFin占Vpfc的40％时，直流-直流变换器的总效率为：

(Io*0.8*VPFC+95％*Io*40％*VPFC)/(Io*VPFC)＝98％。在一般情况下，由于V_EFin占Vpfc的百分比可以控制在0～50％范围内，因此可将转换效率η限制在97％～99％的范围内，从而能够提高直流-直流转换器100的功率转换效率。

请参阅图3，其为本实用新型第三实施例提供的直流-直流转换器300的结构示意图。第三实施例的直流-直流转换器300与第二实施例的直流-直流转换器200基本相同，其区别在于：所述能量回馈级30a的数量为多个，该多个能量回馈级30a依次并联在所述第三正极23a与第一正极11a之间。

请参阅图4，其为本实用新型第四实施例提供的直流-直流转换器400的结构示意图。第四实施例的直流-直流转换器400与第二实施例的直流-直流转换器200基本相同，其区别在于：所述能量回馈级30b的数量为多个，该多个能量回馈级30b串联在所述第三正极23b与第一正极11b之间。

本实用新型的直流-直流转换器不受限于多个能量回馈级为多相并联或串联运行的方式，如同频同相运行、或同频错相运行、或各自独立运行、或视功率大小等条件运行均可。

请参阅图5，其为本实用新型实施方式提供的车载电源装置500的结构示意图。该车载电源装置500包括功率因数校正(PFC)模块51、上述直流-直流转换器、保护电路53以及控制模块55。

所述功率因数校正模块51用于降低输入电流的谐波并输出一第一输出电压，所述第一输出电压等于所述输入级10的输入电压。

所述直流-直流转换器为上述的直流-直流转换器100、200、300或400。

所述保护电路53用于对所述直流-直流转换器进行过电流保护。

所述控制模块55用于根据编程信号控制所述功率因数校正模块51、直流-直流转换器输出的电流或电压，以输出恒流或恒压。本实施方式中，所述控制模块55为数字信号处理器(DSP)或模拟控制电路。另外，该车载电源装置500还设置有一待机电源57，其连接所述控制模块55，以提供控制模块55的时钟电源以及当车载电源装置500处于待机状态时的控制电源。

本实用新型提供的车载电源装置500及其采用的直流-直流转换器，通过将第一正极11与输出级20连接，以及在能量回馈级30向输入级10反馈第三正极23的电压，能够获得更高的输入电压，从而提高直流-直流转换器100的转换效率以及整个车载电源装置500的功率转换效率。

以上所揭露的仅为本实用新型一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。

Claims

1.一种直流-直流转换器，其特征在于，该直流-直流转换器包括：

一个输入级，包括第一正极与第一负极，该第一正极用于接收一个输入电压；

一个输出级，包括第二正极与第三正极，该第二正极与所述第一正极耦接，用于根据所述输入电压输出一个输出电压；以及

至少一个能量回馈级，耦接在所述输入级与所述第三正极之间，用于将输出级输出的部分能量反馈至所述第一正极，且所述输入级的输入电压等于所述输出级的输出电压与所述第三正极的电压之和。

2.如权利要求1所述的直流-直流转换器，其特征在于：所述输入级包括一第一电容，所述第一电容两端分别连接所述第一正极与第一负极，所述第一电容两端电压等于所述输入电压。

3.如权利要求1所述的直流-直流转换器，其特征在于：所述输出级包括一第二电容，所述第二电容两端分别连接所述第二正极与第三正极，所述第二电容两端电压等于所述输出电压。

4.如权利要求1所述的直流-直流转换器，其特征在于：所述能量回馈级的数量为多个，该多个能量回馈级相互并联在所述第三正极与第一正极之间。

5.如权利要求1所述的直流-直流转换器，其特征在于：所述能量回馈级的数量为多个，该多个能量回馈级串联在所述第三正极与第一正极之间。

6.如权利要求4或5所述的直流-直流转换器，其特征在于：每个所述能量回馈级包括一输入端、一转换电路以及一输出端，所述输入端耦接所述第三正极，所述输出端耦接所述第一正极，所述转换电路用于接收所述输入端的能量，并将该能量转换后从该输出端输出到该第一正极。

7.如权利要求4所述的直流-直流转换器，其特征在于：所述转换电路包括一个第三电容、一个第四电容、一个开关、一个二极管以及一个电感，所述第三电容、第四电容、以及开关相互并联，所述二极管串联在所述第三电容与开关之间，所述电感串联在所述第四电容与开关之间。

8.如权利要求1所述的直流-直流转换器，其特征在于：所述直流-直流转换器的转换效率满足下列公式：

η＝C1+W*C2，其中，η为转换效率，C1为输出电压占输入电压的百分比，C2为第三正极的电压占输入电压的百分比，W为第三正极的电压通过所述能量回馈级后的的损耗系数。

9.一种车载电源装置，其包括：

功率因数校正模块，用于接收市电电源并输出一个第一输出电压；

直流-直流转换器，用于接收该第一输出电压并将其转换为一个第二输出电压，所述第一输出电压大于所述第二输出电压；

保护电路，用于对所述直流-直流转换器进行过电流保护；以及

控制模块，用于根据编程信号控制所述功率因数校正模块、直流-直流转换器输出的电流或电压，以输出恒流或恒压；

其特征在于，该直流-直流转换器包括：

一个输入级，包括第一正极与第一负极，该第一正极用于接收所述第一输入电压；

一个输出级，包括第二正极与第三正极，该第二正极与所述第一正极耦接，用于根据所述第一输入电压输出一第二输出电压；以及

至少一个能量回馈级，耦接在所述输入级与所述第三正极之间，用于将输出级输出的部分能量反馈至所述第一正极，且所述输入级的第一输入电压等于所述输出级的第二输出电压与所述第三正极的电压之和。