[发明专利]宽输入宽输出高效隔离型DC-DC转换器电池充电器

说明书

本发明的开关功率转换电路包括：预调节器电路，该预调节器电路在降压模式、升压模式或旁路模式下工作，其具备第1切换电路以接收输入直流电压并输出第1直流电压；谐振电路，该谐振电路包括第2切换电路以接收第1直流电压并将输出直流电压输出；谐振控制电路，该谐振控制电路通过传输母线最小设定控制信号及母线最大设定控制信号并控制第2切换电路的切换频率来调整输出直流电压；以及预调节器控制电路，该预调节器控制电路接收母线最小设定控制信号及母线最大设定控制信号，并基于该母线最小设定控制信号及母线最大设定控制信号来控制第1切换电路以调节第1直流电压。

发明背景

1.技术领域

本发明涉及一种直流直流(DC-DC)功率转换器。更具体而言，本发明涉及一种DC-DC功率转换器，其作为位于高电压(HV)电池与低电压(LV)电池之间的功率转换模块的器件，例如能应用于电动汽车、混动汽车。

2.现有技术

电动汽车、混动汽车中使用的DC-DC转换器是位于高电压(HV)电池(电池HV)与低电压(LV)电池(电池LV)之间的功率转换模块。该DC-DC转换器对连接于电池LV的车辆辅助(附加)负载供电，并通过从电池HV进行功率转换来对电池LV进行充电。

图1是现有的功率转换电路的示意图。图1示出代表位于电池HV与电池LV之间的DC-DC转换器10的模块，该电池LV对总负载Rload进行供电。

电池HV与LV的输出电压可能根据各充电状态(SOC)而在较大范围内变化。对于各电池HV与LV，最大SOC时的最大电压的最高值与最小SOC时的最小电压的最低值之比可能较大，例如为2.4:1。图1所示的DC-DC转换器10能在HV电压与LV电压的整个操作范围内具有高转换效率，工作良好。该操作范围包括极端条件，例如(i)HV最小与LV最大、以及(ii)HV最大与LV最小。

由于安全方面的考虑，该DC-DC转换器10也可以在电池HV与LV之间实现电隔离。

具有高效性(即低损耗)的隔离型DC-DC转换器的拓扑为谐振型转换器。典型的谐振型转换器通常指LLC转换器(包括两个电感器和一个电容器)，这是由于这种转换器不产生开关损耗，仅在转换器的谐振频率下或谐振频率附近进行工作时产生传导损耗。LLC转换器的缺点在于，在远离谐振频率的频率下工作时，转换器的效率劣化，且一些元件应力迅速增加。

作为解决上述问题的策略提出有使用非隔离型转换器，例如非隔离型预调节器，该非隔离型预调节器位于谐振转换器之前以用于对LLC转换器的输入电压进行预调节。经预调节的输入电压通常为DC母线电压。上述非隔离型预调节器可以为降压转换器，用于将上述DC母线电压降低至HV最小值以下。而使用降压转换器的缺点在于，其影响效率，且在大电容中会产生高纹波电流。

可以使用单个全桥转换器，但全桥转换器需要大型磁性元件，且效率较低。单个LLC转换器的效率也较低，且仅能在最大电池电压的最高值与最低电池电压的最低值之比较小的情况下进行工作。

需要能高效地在输入电压与输出电压的较大范围、以及输出电流的较大范围内进行工作的DC-DC转换器。并且，DC-DC转换器还需要具有小质量小体积，且能在非常低与非常高的温度下长时间工作(例如15年左右或以上)。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的优选实施方式提供一种位于隔离型LLC转换器之前的可配置且高效的非隔离型升降压预调节器，该预调节器与LLC转换器能在较大的输入及输出电压范围内高效地进行工作。本发明的若干个优选实施方式中包括交错式升降压预调节器。

虽然升降压预调节器在初期可能比降压预调节器或升压预调节器的运行成本高且困难，但在预调节器的整个寿命中，升降压预调节器可以在较大工作电压范围内高效工作。典型的升降压预调节器在旁路模式下工作以获得单输入电压电平。本发明优选实施方式的升降压预调节器在旁路模式下在输入电压电平范围内工作，以使得预调节器的高效工作最大化。