[发明专利]高效转换器及其控制方法

说明书

本申请提供了一种功率转换器，包括：输入电源、包括至少一个初级绕组和多个次级绕组的变压器隔离式开环转换器，以及多个DC/DC闭环转换器。每个DC/DC闭环转换器的输入端连接到各自的次级绕组的输出端。每个DC/DC闭环转换器在直通操作状态与闭环操作状态之间是可切换的。两个或两个以上DC/DC闭环转换器的输出电压串联连接，以确定功率转换器的输出电压。功率转换器的输出电压基于多个DC/DC闭环转换器中的每个DC/DC闭环转换器处于直通操作状态或闭环操作状态是可控制的。

背景技术

在一些实施例中，本发明涉及一种功率转换器，并且更具体地但非排他地，涉及一种用于电动车辆的车载充电器的功率转换器。

响应于减少交通运输行业的化石燃料消耗以及二氧化碳、其他温室气体及有害微粒排放的迫切需求，许多地方和国家政府正促进车辆电气化。为帮助加快电动车辆的接受度，非常需要低成本的车载充电器。此外，具有双向功率流能力的充电器可以通过提供额外的能力来提高车辆的功能性及价值。

理想的车载充电器应具有高功率密度和高效率，以具有最高的能量利用率且便于包装。车载充电器最重要的要求之一就是效率。当前，已知的车载充电器可达到不超过96.5％的效率。

市场中常用的解决方案为单级功率转换。单级功率转换意味着一个转换器既可以实现功率因数校正功能，又可以实现DC/DC转换。单级功率转换设备的控制和驱动器很复杂。另一种解决方案是两级功率转换，其中，功率因数校正和DC/DC转换分开进行。这种方法的主要问题在于需要将功率转换两次，这需要缩小输出电压范围且降低系统效率。

发明内容

本申请的目的在于提供一种高效的1.5级可变增益部分控制功率转换器的新拓扑及其控制方法。预期的峰值效率为98％。部分地控制输出电压，且经由部分控制的输出电压的部分可被配置为不同的输出电压。此功能允许很大范围的输出功率。本申请的另一目的在于提供一种用于功率转换的方法，该方法以高效率提供大范围的输出功率。

上述目的及其它目的通过独立权利要求的特征实现。从属权利要求、说明书和附图中可以明显看出进一步的实现形式。

除非另外限定，否则本文所使用的所有技术术语和/或科学术语与本申请所属领域内的普通技术人员普遍理解的含义相同。尽管在实践或测试本申请的实施例时，可以使用与本文所描述的方法和材料相似或等同的方法和材料，但下文描述了示例性的方法和/或材料。在冲突的情况下，将以本专利说明书(包括定义)为准。此外，该材料、方法和示例仅仅是说明性的，而不一定是限制性的。

根据第一方面，一种功率转换器包括：输入电源、包括至少一个初级绕组和多个次级绕组的变压器隔离式开环变换器，以及多个DC/DC闭环变换器，其中，每个所述DC/DC闭环转换器的输入端连接到各自的次级绕组的输出端。所述多个DC/DC闭环转换器中的每个DC/DC闭环转换器在直通操作状态与闭环操作状态之间是可切换的。两个或两个以上DC/DC闭环转换器的输出电压串联连接，以确定所述功率转换器的输出电压。所述功率转换器的所述输出电压基于所述多个DC/DC闭环转换器中的每个DC/DC闭环转换器处于所述直通操作状态或所述闭环操作状态是可控制的。这种拓扑的优点在于负载效率的整个范围都很高，并且大部分功率由开环拓扑和处于直通状态的闭环转换器进行转换。闭环控制拓扑仅转换一小部分功率，而具有直通状态的闭环拓扑具有高功率密度。通过在增加在直通状态下的输出功率的比例，功率转换器可实现高效率和大范围的输出功率。

在根据第一方面所述的功率转换器的另一可能的实现中，所述多个DC/DC闭环转换器包括至少一个电压递降转换器。有益的是，电压递降转换器可用于将高电压输入端的电压递降至电动车辆电池所需的较低电压。

在根据第一方面所述的功率转换器的另一可能的实现中，所述输出电压的至少90％来自处于直通操作状态的DC/DC闭环转换器。有益的是，利用处于直通操作状态的转换器获得大百分比的输出可提升转换效率。