[发明专利]电源单元和使用该电源单元的电源系统

说明书

本发明的目标因此是提供一种电源系统的电源单元和使用该电源单元的电源系统。电源单元包括：第一功率转换电路，可操作以跨其第一输出正端子与第一输出负端子输出第一DC电压；第二功率转换电路，可操作以跨其第二输出正端子与第二输出负端子输出第二DC电压；第一可控单向半导体开关，可操作以生成从第一功率转换电路的第一输出正端子到第二功率转换电路的第二输出负端子的第一传导路径；第一单向半导体开关，可操作以生成从第一功率转换电路的第一输出正端子到第二功率转换电路的第二输出正端子的第二传导路径；第二单向半导体开关，可操作以生成从第一功率转换电路的第一输出负端子到第二功率转换电路的第二输出负端子的第三传导路径；第一低通滤波器；以及控制单元，可操作以向第一可控单向半导体开关发出接通信号或关断信号，使得第一功率转换电路和第二功率转换电路经由第一传导路径或经由第二传导路径和第三传导路径，向低通滤波器提供电流。第一低通滤波器可以有助于平滑电源单元的输出电压和电流，以便实现相对较宽的线性恒定输出功率范围。通过由开关装置控制开关频率的开关周期内串联和并联连接的比率，在第一低通滤波器的帮助下，电源单元的输出电压和电流范围都可以平滑且线性地扩大。

技术领域

本发明涉及将DC功率输入转换为DC功率输出，并且更具体地涉及DC-DC的功率转换而无需到AC功率的中间转换。

背景技术

为了降低成本和功耗并提高电源的效率，提供了在串联连接与并联连接之间电切换的DC电源单元。通过使用相对较低速率的功率开关器件的串并联可配置的开关单元，转换过程可以实现相对较宽范围的电压输出或电流输出。因此，降低了在电源上花费的成本。

这在电动汽车(EV)充电技术领域特别有用。EV的充电电压越来越高，以增加充电功率。对于某些超级EV或客车来说，充电电压可能需要高达1000V。因此，为了满足大部分EV的充电要求，现在的充电电压范围将为从200V至1000V。为了输出这种宽范围的电压，传统的拓扑结构如单LLC，移相拓扑需要牺牲大量的功率效率，因为在较宽的输出电压调节范围下，它们的操作距离最佳操作点较远。用于扩展输出电压范围的传统解决方案是将模块化串联或并联连接方法应用于两个或更多个隔离/单独的功率模块(电源单元)。例如，专利CN204 538 972 U公开了一种宽范围输出开关电源，具有与开关电路连接的电源模块，以及与正极的端部连接的副电源模块，其中开关电路与电源连接。通过使用功率开关的继电器来改变功率模块串联或并联的连接方式，可以扩大输出电压和电流的范围。当功率模块并联连接时，系统的输出电流扩展为所有连接的功率模块的总和。系统电压通过功率模块的串联而被扩大。

发明内容

然而，传统的系统的恒定输出功率(CP)范围不能通过在串联连接与并联连接之间切换来实现，因为传统的电源系统的最大输出电流在电源模块的连接从并联变为串联以提高电压时会出现阶跃下降。

因此，需要提供一种电源单元和使用该电源单元的电源系统，以通过线性扩展输出电压和电流范围来拓宽用于宽输出范围应用的恒定输出功率范围。

因此本发明的目标是提供一种电源系统的电源单元。电源单元包括：第一功率转换电路，可操作以跨其第一输出正端子与第一输出负端子输出第一DC电压；第二功率转换电路，可操作以跨其第二输出正端子与第二输出负端子输出第二DC电压；第一可控单向半导体开关，可操作以生成从第一功率转换电路的第一输出正端子到第二功率转换电路的第二输出负端子的第一传导路径；第一单向半导体开关，可操作以生成从第一功率转换电路的第一输出正端子到第二功率转换电路的第二输出正端子的第二传导路径；第二单向半导体开关，可操作以生成从第一功率转换电路的第一输出负端子到第二功率转换电路的第二输出负端子的第三传导路径；第一低通滤波器；以及控制单元，可操作以向第一可控单向半导体开关发出接通信号或关断信号，使得第一功率转换电路和第二功率转换电路经由第一传导路径或经由第二传导路径和第三传导路径，向低通滤波器提供电流。