[发明专利]双模式DC-DC转换器

说明书

技术领域

本发明涉及DC-DC转换器，并且更具体地，涉及可工作在高功 率工作模式以及低功率工作模式中的DC-DC转换器。

背景技术

在诸如自动旅客运输器(automatedpeoplemover)之类的交 通工具中，一个交通工具可包括被配置为沿轨道行进的车轮。所述车 轮可以是有箍车轮，或者在所述轨道包括铁轨时，所述车轮可以是被 设计为沿所述铁轨行进的传统铁轨车轮。在这种旅客运输器中，期望 这种交通工具的高压交流电系统(HVAC)系统可在电网故障后利用电 池能量工作30分钟以上。为了实现这一目标，通常采用DC-DC转换 器以将电网上提供的高电压(例如，750伏DC)转换为可在交通工具 的内部系统(例如顶部照明系统、控制系统等)中使用的低电压(例 如，100伏DC)。

在正常工作模式中，转换器工作在降压(step-down)模式，以 利用可经电网获得的高电压(例如，750伏DC)对低电压DC电池(例 如，100伏DC电池)的电压进行充电并使其保持不变。

在紧急模式中，期望所述DC-DC转换器工作在升压(step-up) 模式，来将低电压(110VDC)升压到高电压(750VDC)以馈送至 HVAC系统。

在另一示例中，期望能够利用低电压电池中存储的电能而使交 通工具向维护设施移动或者从维护设施移开。针对这种情况，再次需 要DC-DC转换器工作在升压模式，来将低电压能量(110VDC)转换 为高电压能量(750VDC)以馈送至推进系统。

在升压模式中使用DC-DC转换器即为高功率操作。因此，期望 在升压操作中具有较高的转换效率，以避免浪费宝贵的能量。与此相 反，降压操作可为高功率(当电池为空且必须迅速充电时)或低功率 (当电池还未全部充满时)。

到目前为止，标准的单模式双向转换器在低功率操作时具有较 低的效率，而所述低功率操作占据了大部分时间。因此，期望在不添 加有源组件或无源组件并且在高功率操作中没有任何修改也没有额 外成本的情况下，提高双向DC-DC转换器的低功率效率。

发明内容

本文公开了一种双模式DC-DC转换器，其包括：第一桥转换器， 其具有串联的第一开关和第二开关、串联的第三开关和第四开关，并 且串联的第一开关和第二开关以并联方式连接至串联的第三开关和 第四开关；第二桥转换器，其具有串联的第五开关和第六开关、串联 的第七开关和第八开关，并且串联的第五开关和第六开关以并联方式 连接至串联的第七开关和第八开关；变压器，其包括第一线圈，所述 第一线圈具有连接至串联的第一开关和第二开关之间的第一节点的 第一端以及连接至串联的第三开关和第四开关之间的第二节点的第 二端，所述变压器还包括第二线圈，所述第二线圈具有连接至串联的 第五开关和第六开关之间的第三节点的第一端以及连接至串联的第 七开关和第八开关之间的第四节点的第二端；电感器，其与所述线圈 中的一个线圈串联；以及控制器，其中所述控制器能工作在第一模式 中，从而使得全部八个开关进行切换操作，以将DC电功率从第一桥 转换器传输至第二桥转换器或者从第二桥转换器传输至第一桥转换 器，其中所述控制器还能工作在第二模式中，从而使得第一开关、第 二开关、第五开关和第六开关进行切换操作，以将DC电功率从第一 桥转换器传输至第二桥转换器或者从第二桥转换器传输至第一桥转 换器，同时第三开关和第七开关保持在断开状态且第四开关和第八开 关保持在导通状态。

所述双模式DC-DC转换器可包括：第一电压源，其以并联方式 跨接在串联的第一开关和第二开关的两端，所述串联的第一开关和第 二开关以并联方式与串联的第三开关和第四开关连接；以及第二电压 源，其以并联方式跨接在串联的第五开关和第六开关的两端，所述串 联的第五开关和第六开关以并联方式与串联的第七开关和第八开关 连接，其中所述第二电压源的电压比所述第一电压源的电压的5倍大。

所述双模式DC-DC转换器可包括以并联方式与第一电压源和第 二电压源连接的第一电容器和第二电容器。

所述双模式DC-DC转换器可包括：与所述变压器的第一线圈串 联的第一电容器；以及与所述变压器的第二线圈串联的第二电容器。 所述第一电容器可串联于所述第一节点与所述第一线圈的第一端之 间；并且所述第二电容器可串联于所述第三节点与所述第二线圈的第 一端之间。