DCDC转换器单元、转换器电路及其运行方法.pdf

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摘要
申请专利号:

CN201210048194.3

申请日:

2012.02.28

公开号:

CN102651612A

公开日:

2012.08.29

当前法律状态:

授权

有效性:

有权

法律详情:

授权|||实质审查的生效IPC(主分类):H02M 3/155申请日:20120228|||公开

IPC分类号:

H02M3/155

主分类号:

H02M3/155

申请人:

赛米控电子股份有限公司

发明人:

凯沃尔克·哈达德

地址:

德国纽伦堡

优先权:

2011.02.28 US 61/447,399

专利代理机构:

中原信达知识产权代理有限责任公司 11219

代理人:

邹璐;樊卫民

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内容摘要

本申请涉及DC-DC转换器单元、转换器电路及其运行方法。可反馈的DC-DC转换器电路具有第一转换器装置和直流电压耦接的第二转换器装置,第一转换器装置的两个输入端构造了DC-DC转换器电路的输入端并可与DC电源连接,第二转换器装置的输出端构造了DC-DC转换器电路的输出端并可与DC电压吸收器连接,其中,第二转换器装置构造为DC-DC转换器单元或构造为具有两个DC-DC转换器单元的DC-DC转换器单元设施。

权利要求书

1.DC-DC转换器单元(10),具有三个输入接线端(11、12、13)、两个输出接线端(14、15)和至少一个转换器级(100),其中,第一输入接线端(11)与第一输出接线端(14)连接,第二输入接线端(12)与所述至少一个转换器级(100)的每个转换器级的中间点(M)连接,并且第三输入接线端(13)与第二输出接线端(15)连接,并且每个转换器级(100)具有一个上串联电路(102)和一个下串联电路(104),所述上串联电路和所述下串联电路各自带有至少两个功率开关(S_ox1、S_ux1、S_ox2、S_ux2)的,其中,各个功率开关(S_ox1、S_ux1、S_ox2、S_ux2)的顺序号(x)从中间点(M)起计数,上面的功率开关(S_ox1、S_ox2)中的最后的功率开关与所述第一输入接线端(11)连接并且下面的功率开关(S_ux1、S_ux2)中的最后的功率开关与所述第三输入接线端(13)连接,其中,在所述至少一个转换器级(100)中的每个转换器级内以如下方式各设置一个电容器(C_x1、C_x2),即,所有上面的相邻的功率开关与相同顺序号的下面的相邻的功率开关通过各自的电容器连接,并且其中,在所述第一输入接线端(11)和所述第二输入接线端(12)上或在所述第二输入接线端(12)和所述第三输入接线端(13)上能够联接直流电源(20)。2.按权利要求1所述的DC-DC转换器单元(10),其中,两个能够与直流电源(20)连接的输入接线端(11、12、13)之一处于地电位(GND)。3.按权利要求1所述的DC-DC转换器单元(10),其中,两个输出接线端(14、15)借助输出电容器(400)相互连接。4.按权利要求1所述的DC-DC转换器单元(10),其中,在所述第二输入接线端(12)与所述至少一个转换器级(100)的中间点(M)之间各联接有一个线圈(120、122)。5.DC-DC转换器单元设施(30),具有两个依据权利要求1至4之一的DC-DC转换器单元(10),其中,第一DC-DC转换器单元(10a)的第三输入接线端(13)以及第二输出接线端(15)相应于第DC-DC转换器单元(10b)的第一输入接线端(11)或第一输出接线端(14),并且其中,两个DC-DC转换器单元(10a、10b)的第二输入接线端(12)构造了转换器单元设施的输入端(31、32),并且所述第一转换器单元(10a)的第一输出接线端(14)以及第二转换器单元(10b)的第二输出接线端(15)形成所述DC-DC转换器单元设施(30)的输出端(34、35)。6.可反馈的DC-DC转换器电路(50),具有第一转换器装置(60)和直流电压耦接的第二转换器装置(10),所述第一转换器装置的两个输入端(61、62)构造了DC-DC转换器电路(50)的输入端(51、52)并能够与DC电源(20)连接,所述第二转换器装置的输出端(14、15)构造了DC-DC转换器电路(50)的输出端并能够与DC-电压吸收器(40、42)连接,其中,所述第二转换器装置构造为DC-DC转换器单元(10)或构造为具有两个DC-DC转换器单元(10)的DC-DC转换器单元设施(30)。7.按权利要求6所述的可反馈的DC-DC转换器电路(50),其中,所述第一转换器电路(60)由一个级组成或由大量级构成的串联电路组成,其中,至少一个级能够通过至少一个线圈(600、610)与DC电源(20)连接。8.按权利要求6所述的可反馈的DC-DC转换器电路(50),其中,所述第一转换器电路(60)的至少一个输出端(64、65)借助附加的线圈(58)与所述第二转换器电路(10)的所配属的输入端(12、13)连接。9.按权利要求6所述的可反馈的DC-DC转换器电路(50),其中,所述第一转换器电路(60)的两个输出端(64、65)直接与所述第二转换器电路(10)的各个配属的输入端(12、13)连接,而无需其他构造元件。10.用于运行依据权利要求6的可反馈的DC-DC转换器电路(50)的方法,其中,在升压转换器运行中第一转换器装置(60)以最大系数3执行DC电源的电压值的连续提高,而所述第二转换器电路(10)则以恒定的其它系数执行第一转换器电路(60)的输出电压。11.按权利要求10所述的用于运行可反馈的DC-DC转换器电路(50)的方法,其中,所述其它系数大于等于3,优选大于等于5。12.按权利要求10或11所述的用于运行可反馈的DC-DC转换器电路(50)的方法,其中,所述其它系数是整数系数。

说明书

DC-DC转换器单元、转换器电路及其运行方法

技术领域

本发明描述了一种用于连接DC电源和DC电压吸收器的可反馈的
DC-DC转换器电路,其中,优选的能量输送从DC电源向DC电压吸
收器导引,但概念“可反馈”也描述了相反的途径并因此DC-DC转换
器电路也可以从DC电压吸收器向DC电源输送能量。本发明此外描述
了一种用于运行这种类型的可反馈的DC-DC转换器电路的有利的方
法。

背景技术

这种类型的DC-DC转换器电路或还有此外形成它们的DC-DC转
换器单元设施或还有形成这种转换器单元设施的DC-DC转换器单元一
般用于使具有往往在时间上不恒定的输出电压的DC电源的输出电压
与具有在时间上恒定的一般较高电压值的DC电压吸收器的电压匹配。

这里所描述的类型的DC电源可以是光电设备或其中的子设备、
燃料电池或蓄能器元件如蓄电池或电容器电路。典型地用于不同类型
的DC电源的是它们的不同的功能参数。光电设备的特征基本上在于,
其输出电压承受很高的波动,而燃料电池的特征则在于比较恒定的电
压输出。不同的蓄能器元件具有大多恒定的、天然给定的但时间上受
界定的输出电压,在这里最好称为接线端电压。

DC电压吸收器可以是逆变器电路布置的输入端或DC总线系统。
典型地用于DC总线系统的是大量与其联接的同类型地或不同地构造
的DC-DC转换器系统,具有就此连接的DC电源,这些DC电源向DC
总线系统供电或由该DC总线系统供电。在考虑到线路损耗的情况下,
往往有利地选择DC总线系统的电压值至少比大多数所联接的DC电源
的输出电压明显更高。

发明内容

本发明的目的在于,提供一种通用的DC-DC转换器拓扑,用于接
线端电压优选可变的DC电源与接线端电压优选恒定的DC电压吸收器
的双向、也就是可反馈的连接。

该目的依据本发明通过具有权利要求6的特征的、具有至少一个
依据权利要求1的转换器单元的DC-DC转换器电路以及通过依据权利
要求10的方法得以解决。优选的实施方式在各自的从属权利要求中描
述。

本发明的出发点是DC-DC转换器单元,用于将在输入接线端上施
加的具有第一电压值的直流电压转换成然后在输出接线端上施加的具
有第二电压值的直流电压。这种类型的DC-DC转换器单元例如用于使
具有时间上可变的第一电压值的光电设备的或其中的设备部分的输出
电压与具有恒定的第二电压值的直流电压的逆变器的输入端匹配。有
利的是,这种DC-DC转换器单元是可反馈的、也就是双向能运转的,
以便例如从具有恒定电压值的DC总线系统充电具有同样恒定的,但较
低电压值的蓄能器元件。不言而喻地,DC总线系统可以同样再由蓄能
器元件供电。

这里所提供的DC-DC转换器单元具有三个输入接线端和两个输
出接线端。在三个输入接线端中的两个上可以以如下方式地联接DC电
源,即,该DC电源与第一和第二或与第二和第三输入接线端连接。在
联接DC电源时,可以有利地将两个输入接线端中的一个与地电位连
接。同样可以有利的是,与DC电源连接的两个输入接线端之间设置有
一个输入电容器。由两个输出接线端,第一输出接线端与DC-DC转换
器单元的第一输入接线端连接并且第二输出接线端与DC-DC转换器单
元的第三输入接线端连接。此外,两个输出接线端可与DC电压吸收器
连接,其中,在这里还可以有利地在两个输出接线端之间设置输出电
容器。

此外,DC-DC转换器单元具有至少一个、但有利的多个同类型构
造的转换器级。每个转换器级具有由各至少两个功率开关的上和下串
联电路。这些功率开关可与现有技术相应地各自构造为功率晶体管,
例如构造为具有反并联自振荡二极管的IGBT或构造为MOS-FET。

DC-DC转换器单元的第二输入接线端与至少一个转换器级中的每
个转换器级的中间点优选借助中间联接的线圈连接。中间点将各自的
转换器级对称地分成上和下串联电路。为两个串联电路的各自的晶体
管分配从1至N-1的顺序号,这些顺序号各从中间点起计数。上面的
具有顺序号为N-1的最后那个功率开关与第一输入接线端连接,而下
面的同样具有顺序号为N-1的最后那个功率开关与第三输入接线端连
接。

此外,在至少一个转换器级中的每个转换器级内设置有至少一个
电容器。各自的电容器同样具有顺序号。一个顺序号的电容器一方面
与相同顺序号的上面的功率开关和顺序号紧随其后的功率开关之间的
中间点连接,并且另一方面与相同顺序号的下面的功率开关和顺序号
紧随其后的功率开关之间的中间点连接。由此,从各转换器级的中间
点出发观察,形成N-2个电容器的对称布置。

由此,从中间点出发观察,在每个转换器级中产生N个电位分级,
其中第一电位分级形成中间点本身并且最后的电位分级形成第一或第
三输入接线端,而中间的电位分级则通过功率开关之间的中间点形成。
具有上和下串联电路内的各四个功率开关的设施由此具有三个电容器
和五个电位分级并因此标称为五分级电路。

在DC-DC转换器单元的这种设计方案方面有利的是,在每个串联
电路内的N-1个功率开关中的每个功率开关仅需具有DC-DC转换器单
元的输出电压的1/(N-1)倍的耐压强度(Spannungsfestigkeit)。通过
适当操控功率开关,特别是通过偏置的同步(versetzte Taktung),可
以在通过DC-DC转换器单元升压转换()时,将输
出电流的纹波随着分级数量的上升而降低并由此将待设置的输出电容
器的电容以各自的系数降低。

DC-转换器单元设施具有两个上面所描述的DC-DC转换器单元,
其中,第一DC-DC转换器单元的第三输入接线端与第二DC-DC转换
器单元的第一输入接线端连接以及第一DC-DC转换器单元的第二输出
接线端与第二DC-DC转换器单元的第一输出接线端连接,或各自的接
线端相对应。

两个DC-DC转换器单元的各自的第二输入接线端构造了转换器
单元设施的输入端。有利的是,转换器单元设施的至少一个输入端上
设置有线圈,如上面在DC-DC转换器单元中描述的那样。在DC-DC
转换器单元设施的两个输入端内设置有各一个线圈的情况下,可以此
外有利地将这两个线圈电磁地、也就是变压地耦接。

第一DC转换器单元的第一输出接线端和第二DC转换器单元的第
二输出接线端形成DC-DC转换器单元设施的两个输出端。但可以有利
的是,第一或第二DC-DC转换器单元的相互连接的第二或第一输出接
线端设置作为DC-DC转换器单元设施的附加输出端。该附加的输出端
例如可以用于输出电压的对称,并有利地在DC-DC转换器单元设施的
两个输入端都不处于地电位时,处于地电位上。

对于上面所提及的要求来说,特别是在作为DC总线系统构造的
DC电压吸收器的情况下,在DC电源和DC电压吸收器的电压值相差
约一个数量级或更多,也就是相差约10倍时,由两个转换器装置组成
的可反馈的DC-DC转换器电路是特别有利的。

同样可以有利是,将两个这种类型的可反馈的DC-DC转换器电路
类似于上面所描述的两个DC-DC转换器单元的连接而连接至转换器单
元设施。

第一转换器装置在这种情况下可以依据现有技术构造并由一个级
或由大量级的串联电路组成。这些级的每个由半桥电路组成,其中,
至少一个级的中间接点构造了DC-DC转换器电路的两个各自的输出端
中的一个。优选的是,可反馈的DC-DC转换器电路的输入端与第一转
换器装置的所配属的中间接点之间设置有各一个线圈。这些线圈可以
以有利的方式变压地相互耦接。

第二转换器级构造为DC-DC转换器单元或构造为如上面所描述
的DC-DC转换器单元设施。

第一与第二转换器电路的直流电压耦接是第一转换器装置的输出
端与第二转换器装置的输入端的连接,其中,可以优选的是,在这些
连接中的至少一个内设置有线圈。

在DC-DC转换器电路以特别有利的方式运行时,可以放弃这种类
型的线圈,或这种类型的线圈可以具有相对于常见的尺寸规格特别小
的电感。

这种特别有利的运行方式的特色在于,在升压转换器运行中,也
就是在DC-DC转换器电路的输入端上的电压值与输出端上所希望的电
压值相比较低时,第一转换器装置以最大系数3执行DC电源的电压值
的输出电压的连续提高,而第二转换器电路则仅以恒定的优选整数的
系数执行第一转换器电路的输出电压。

在这种仅以整数系数提高电压的情况下,构造了第二转换器装置
的DC转换器单元的功率开关可以以如下方式地进行切换,即,第一与
第二转换器装置之间的连接中不需要存储能量或仅需要储存非常低的
能量。由此,可以完全放弃布置在那里的线圈或该线圈具有至少相对
于公知的尺寸规格明显更低的电感。

在电压提高其它优选的非整数但恒定的系数结合每个上和下串联
电路的适当数量的功率开关的情况下,给出这种优点,即,完全放弃
线圈或该线圈至少具较低的电感。

附图说明

借助依据图1至图8的实施例对本发明的解决方案做进一步阐释。

图1示意示出DC-DC转换器单元;

图2和图3示出具有不同接线端变形方案的各一个DC-DC转换器
单元;

图4示出DC-DC转换器单元的电路的实施方案;

图5示意示出具有外部布线的DC-DC转换器单元设施;

图6示出DC-DC转换器单元设施的电路的实施方式;

图7在模拟图中示出不同DC-DC转换器单元设施的输出电压的相
对纹波;

图8示出可反馈的DC-DC转换器电路。

具体实施方式

图1示意示出DC-DC转换器单元10,具有三个输入接线端11、
12、13和两个输出接线端14、15。该转换器单元10一定程度上形成
后面所有其它电路的基本模块或基本组件。

图2和图3示出具有不同接线端变形方案的各一个DC-DC转换器
单元10。图2示出具有正极和负极的DC电源20。正极与DC-DC转
换器单元10的第一输入接线端11连接,而负极则与DC-DC转换器单
元10的第二输入接线端12连接。此外示出输入接线端、在这里是第
一输入接线端11与地电位GND的有利的连接。与地电位GND的这种
类型的连接在作为DC电源的光电设备中是经常习惯的。

此外并无关于与地电位GND的连接地,两个输入接线端11、12
以优选的方式与输入电容器200连接。该输入电容器在具有输出电压
的给定纹波的DC电源20中用于该输出电压的滤波。但该电容器也可
以用作暂时的蓄能器,如果DC电源20的输出电压不能连续提供的话。

DC-DC转换器单元10的输出端14、15在这里例如与作为DC电
压吸收器的逆变器42连接。

图3示出DC-DC转换器单元10的其它有利的外部布线。在这种
情况下,DC电源20利用其正极与DC-DC转换器单元10的第二输入
接线端12连接,而负极则与第三输入接线端13连接。同样在这里可
以有利的是,例如将DC电源20的负极或DC-DC转换器单元的第三
输入接线端13与地电位GND连接。

DC-DC转换器单元10的输出端与DC总线系统40连接。这种类
型的DC总线系统40例如在光电设备的内部将多个子设备相互连接,
并且在需要时与逆变器装置连接。同样地,在分散式能量产生装置中
在这种类型的DC总线系统40上,不同形式()的多个DC
电源20可以相互连接。这例如可以是多个纯DC电源如光电模块或燃
料电池也可以是多个DC蓄能器如电容器装置。

这里所描述的DC-DC转换器单元不仅能够从DC电源20向DC
电压吸收器40、42输送能量,而且也适用于在相反的方向上的能量输
送,例如用于供电给作为DC电源的电容器装置。在这种情况下,通常
DC电压吸收器40、42的电压值降低并供电到DC电源20中。这描述
了DC-DC转换器单元10的所提及的反馈能力。

图4示出具有图3所述功能性的DC-DC转换器单元10的电路的
实施方式。示出三个输入接线端11、12、13以及两个输出接线端14、
15。第一输入接线端11在这种情况下与第一输出接线端14直接连接,
以及第三输入接线端13与第二输出接线端15直接连接。

转换器功能性通过这里的两个转换器级100构造,其中,依赖于
功率地可以是任意数量。转换器级100由大量功率开关S_ox1、S_ux1、
S_ox2、S_ux2的相对于中间点M对称布置的上串联电路102和下串联
电路104组成。这种对称设施的中间点M各与DC转换器单元的第二
输入接线端12连接。在该设计方案中,第二输入接线端12与各自的
中间点M之间设置有各一个线圈120、122。在这里额外有利的是,这
些线圈120、122磁性地借助共同的芯124耦接。这种类型的耦接也可
以标称为变压耦接。

转换器级100的上串联电路102和下串联电路104由至少两个、
这里三个功率开关S_ox1、S_ux1、S_ox2、S_ux2组成,这些功率开关
构造为功率晶体管,例如构造为具有反并联联接的自振荡二极管132
的IGBT 130或构造为具有本征自振荡二极管(intrinsischer 
Freilaufdiode)的MOS-FET。为功率开关S_ox1、S_ux1、S_ox2、S_ux2
中的每一个功率开关配属一个顺序号x,该顺序号从转换器级中间点开
始从1计数。第二数字y在这里确定各自的转换器级。

此外,转换器级100内依赖于功率开关的数量设置有电容器C_x1、
C_x2,其中,电容器的数量小于每个串联电路100的功率开关数量。
在具有每个串联电路包含三个功率开关的所示变形方案中,因此存在
两个电容器。在一种作为具有每个串联电路包含各六个功率开关的7
分级DC-DC转换器单元的同样有利的未示出的设计方案中设置有五个
电容器。

设置电容器C_x1、C_x2,使得第一电容器C_1y利用其第一接线
端联接在上串联电路102的第一功率开关S_o1y与第二功率开关S_o2y
之间并利用其第二接线端联接在下串联电路104的第一功率开关S_u1y
与第二功率开关S_u2y之间。在具有每个上和下串联电路包含四个功
率开关的未示出的设计方案中,第三电容器在上串联电路内联接在第
三与第四功率开关之间并在下串联电路内同样联接在第三与第四功率
开关之间。因此重要的是,各两个相邻的功率开关之间设置有一个电
容器接线端,并且该各自的电容器对称联接在上与下串联电路之间。

此外可以有利的是,DC-DC转换器单元10的两个输出接线端14、
15与其它电容器、输出电容器400连接。

如果不要求DC-DC转换器单元的反馈能力,那么可以依据专业常
用的手段并依赖于外部布线,通过流量控制阀,也就是通过二极管取
代单个的功率开关。

图5示意示出具有外部布线的DC-DC转换器单元设施30。该
DC-DC转换器单元设施30由两个相互连接的DC-DC转换器单元10a、
10b组成。为此,第一DC-DC转换器单元10a的第三输入接线端13与
第二DC-DC转换器单元10b的第一输入接线端11连接。同样的是,
必要地通过各自的DC-DC转换器单元10a、10b内部的内部连接,第
一DC-DC转换器单元10a的第二输出接线端15也与第二DC-DC转换
器单元10b的第一输出接线端14连接。

第一DC-DC转换器单元10a的第一输入接线端11以及第二
DC-DC转换器单元10b的第三输入接线端13同样很少地像各自的转
换器单元的上述连接的输入接线端那样,不构造DC-DC转换器单元设
施30的外部接线端。

确切地说,DC-DC转换器单元设施30的两个输入端31、32由各
自的DC-DC转换器单元10a、10b的两个第二输入接线端12形成并在
这里与作为光电模块构造的DC电源20连接。DC-DC转换器单元设施
30的输出端34、35在这种设计方案中与DC总线系统40连接,但同
样可以与逆变器装置直接连接。

图6示出DC-DC转换器单元设施30的电路的5分级实施方案。
各形成DC-DC转换器单元设施30的DC-DC转换器单元10a、10b在
这里各仅具有一个级,该级从它那方面通过4个功率开关S_o11至
S_o41、S_u11至S_u41的各一个上和下串联电路形成,这些功率开关
各个级地与三个电容器C_11至C_13以上面描述的方式互相联接
(verschalten)。

DC-DC转换器单元设施30的输入端31、32的后面在这里设置有
各一个线圈320、322,其中,在这里两个线圈320、322再次以不是必
须的,但有利的方式借助一个共同的芯324磁性地耦接。在输入端31、
32上以如下方式地联接DC电源20,即,该DC电源的正极与DC-DC
转换器单元设施30的内部地相应于第一DC-DC转换器单元10a的第
二输入接线端12的那个输入端31连接。与此类似,DC电源20的负
极与DC-DC转换器单元设施30的内部地相应于第二DC-DC转换器单
元10b的第二输入接线端12的输入端32连接。此外,DC-DC转换器
单元设施30的输入端31、32之间设置有具有如上面对图2已经描述
过的那样的功能性的输入电容器200。

在这种设计方案中,示出了DC-DC转换器单元设施30的附加的、
对确定的应用有利的其它输出端36,该输出端提供了第一DC-DC转换
器单元10a的第二输出接线端15的电位并因此也提供了第二DC-DC
转换器单元10b的第一输出接线端14的电位。该电位可以用于使作为
DC电压吸收器且布置在DC-DC转换器单元设施的输出端上的载荷
44、46对称并且该电位也可以附加地处于地电位GND上。

图7仿真示出与现有技术相比的DC-DC转换器单元设施的不同设
计方案的输出电压的相对纹波。在这种情况下示出具有作为转换器级
的半桥电路的公知的转换器电路的纹波W2作为相对纹波数值1。与此
相比,具有每个上和下串联电路包含四个功率开关的5分级DC-DC转
换器单元设施将标准化的纹波数值W4降到0.25,而在7分级DC-DC
转换器单元设施中的每个上和下串联电路包含六个功率开关则将标准
化的纹波数值W6降到仅略微超出0.1。

从中可以看出,这里所介绍的DC-DC转换器单元设施或DC-DC
转换器单元本身在每个上和下串联电路的功率开关数量增加的情况
下,明显降低了输出电压的纹波。同时,必要时在输入端上待设置的
线圈与公知的尺寸确定规则相比地设置具有低的电感。具有较高数量
的功率开关的电路技术上的消耗造成更好的信号质量以及在附加的布
线中的较低的成本。

图8示出由第一转换器装置60和第二转换器装置10组成的可反
馈的DC-DC转换器电路50,其中,第一转换器装置按照现有技术构造,
用于以最大系数3,但优选仅以系数2少量提升DC-DC转换器电路50
的输入电压。在该第一转换器装置60上以直流电压耦接的方式联接有
第二转换器装置,也就是第一转换器装置在其输出端64、65上产生输
出直流电压,该输出直流电压给第二转换器装置10用作输入直流电压。
依赖于两个转换器装置60、10的运行方式,作为该直流电压连接的部
分,没有设置或至少在一个线路中设置有一个附加的线圈58。同样地,
可以在该直流电压连接的两个极之间设置有附加的电容器59。

将第二转换器装置10通过上面描述的DC-DC转换器单元或如未
示出的那样通过DC-DC转换器单元设施形成。

在可反馈的DC-DC转换器电路的输入端51、52上以公知的方式
联接有DC电源,其中,正极通过第一转换器装置的第一输入端61与
第一转换器装置的各自的级的中间点连接,而负极则与第一转换器装
置60的第二输入端62连接并通过第一转换器装置的输出端65与
DC-DC转换器单元10的第三输入接线端13连接。此外,DC-DC转换
器电路50的两个输入端51、52之一,在这里是第二输入端52,负极
的那个输入端可以处于地电位GND上。与此无关地,DC电源20的两
个极之间或DC-DC转换器电路50的输入端51、52之间还可以设置有
输入电容器200。

在可反馈DC-DC转换器单元50的输出端54、55上也在不受普遍
性限制的情况下设置有上面描述的设计方案的DC总线系统40。

可以出自具有光电设备的布置的举例数值是在DC-DC转换器电
路50上,也就是在DC电源输出端上的125V至300V的输入电压,在
DC-DC转换器电路上的至DC总线系统的1500V的输出电压和125kW
的转换功率。在这种情况下显而易的是,在最高1000A的输入电流的
情况下并在对目前可供支配的功率半导体模块的认识中,第一但还有
第二转换器装置的多级的设计方案是有意义的和必要的。

将可反馈的DC-DC转换器电路以有利的方式以如下方式地运行,
即,第一转换器装置提升输入电压到300V和第二转换器装置将该数值
恒定地增加五倍。在这种情况下有利的是,该第二转换器装置作为具
有每个上和下串联电路包含五个功率开关的6分级DC-DC转换器单元
构造。在这种设计方案中并在使用该方法的情况下,可以放弃在第一
转换器装置的输出端与第二转换器装置的输入端之间设置的每个其它
构造元件、特别是线圈。

如果第二转换器单元作为DC-DC转换器单元构造,那么可以将整
个DC-DC转换器电路也类似于DC-DC转换器单元设施的上面描述的
构造方案那样进一步构成可反馈的DC-DC转换器电路。为此如类似于
上面的描述那样,DC-DC转换器电路在其负电位上扩展了第二转换器
电路。

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1、(10)申请公布号 CN 102651612 A (43)申请公布日 2012.08.29 C N 1 0 2 6 5 1 6 1 2 A *CN102651612A* (21)申请号 201210048194.3 (22)申请日 2012.02.28 61/447,399 2011.02.28 US H02M 3/155(2006.01) (71)申请人赛米控电子股份有限公司 地址德国纽伦堡 (72)发明人凯沃尔克哈达德 (74)专利代理机构中原信达知识产权代理有限 责任公司 11219 代理人邹璐 樊卫民 (54) 发明名称 DC-DC转换器单元、转换器电路及其运行方法 (57) 摘要 本。

2、申请涉及DC-DC转换器单元、转换器电路 及其运行方法。可反馈的DC-DC转换器电路具有 第一转换器装置和直流电压耦接的第二转换器装 置,第一转换器装置的两个输入端构造了DC-DC 转换器电路的输入端并可与DC电源连接,第二转 换器装置的输出端构造了DC-DC转换器电路的输 出端并可与DC电压吸收器连接,其中,第二转换 器装置构造为DC-DC转换器单元或构造为具有两 个DC-DC转换器单元的DC-DC转换器单元设施。 (30)优先权数据 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书7页 附图4页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 7 页 。

3、附图 4 页 1/2页 2 1.DC-DC转换器单元(10),具有三个输入接线端(11、12、13)、两个输出接线端(14、15) 和至少一个转换器级(100),其中,第一输入接线端(11)与第一输出接线端(14)连接,第二 输入接线端(12)与所述至少一个转换器级(100)的每个转换器级的中间点(M)连接,并且 第三输入接线端(13)与第二输出接线端(15)连接,并且每个转换器级(100)具有一个上 串联电路(102)和一个下串联电路(104),所述上串联电路和所述下串联电路各自带有至 少两个功率开关(S_ox1、S_ux1、S_ox2、S_ux2)的,其中,各个功率开关(S_ox1、S_u。

4、x1、S_ ox2、S_ux2)的顺序号(x)从中间点(M)起计数,上面的功率开关(S_ox1、S_ox2)中的最后 的功率开关与所述第一输入接线端(11)连接并且下面的功率开关(S_ux1、S_ux2)中的最 后的功率开关与所述第三输入接线端(13)连接,其中,在所述至少一个转换器级(100)中 的每个转换器级内以如下方式各设置一个电容器(C_x1、C_x2),即,所有上面的相邻的功率 开关与相同顺序号的下面的相邻的功率开关通过各自的电容器连接,并且其中,在所述第 一输入接线端(11)和所述第二输入接线端(12)上或在所述第二输入接线端(12)和所述 第三输入接线端(13)上能够联接直流电源。

5、(20)。 2.按权利要求1所述的DC-DC转换器单元(10),其中,两个能够与直流电源(20)连接 的输入接线端(11、12、13)之一处于地电位(GND)。 3.按权利要求1所述的DC-DC转换器单元(10),其中,两个输出接线端(14、15)借助 输出电容器(400)相互连接。 4.按权利要求1所述的DC-DC转换器单元(10),其中,在所述第二输入接线端(12)与 所述至少一个转换器级(100)的中间点(M)之间各联接有一个线圈(120、122)。 5.DC-DC转换器单元设施(30),具有两个依据权利要求1至4之一的DC-DC转换器单 元(10),其中,第一DC-DC转换器单元(10。

6、a)的第三输入接线端(13)以及第二输出接线端 (15)相应于第DC-DC转换器单元(10b)的第一输入接线端(11)或第一输出接线端(14),并 且其中,两个DC-DC转换器单元(10a、10b)的第二输入接线端(12)构造了转换器单元设施 的输入端(31、32),并且所述第一转换器单元(10a)的第一输出接线端(14)以及第二转换 器单元(10b)的第二输出接线端(15)形成所述DC-DC转换器单元设施(30)的输出端(34、 35)。 6.可反馈的DC-DC转换器电路(50),具有第一转换器装置(60)和直流电压耦接的第 二转换器装置(10),所述第一转换器装置的两个输入端(61、62)。

7、构造了DC-DC转换器电路 (50)的输入端(51、52)并能够与DC电源(20)连接,所述第二转换器装置的输出端(14、 15)构造了DC-DC转换器电路(50)的输出端并能够与DC-电压吸收器(40、42)连接,其中, 所述第二转换器装置构造为DC-DC转换器单元(10)或构造为具有两个DC-DC转换器单元 (10)的DC-DC转换器单元设施(30)。 7.按权利要求6所述的可反馈的DC-DC转换器电路(50),其中,所述第一转换器电路 (60)由一个级组成或由大量级构成的串联电路组成,其中,至少一个级能够通过至少一个 线圈(600、610)与DC电源(20)连接。 8.按权利要求6所述的。

8、可反馈的DC-DC转换器电路(50),其中,所述第一转换器电路 (60)的至少一个输出端(64、65)借助附加的线圈(58)与所述第二转换器电路(10)的所配 属的输入端(12、13)连接。 9.按权利要求6所述的可反馈的DC-DC转换器电路(50),其中,所述第一转换器电路 权 利 要 求 书CN 102651612 A 2/2页 3 (60)的两个输出端(64、65)直接与所述第二转换器电路(10)的各个配属的输入端(12、 13)连接,而无需其他构造元件。 10.用于运行依据权利要求6的可反馈的DC-DC转换器电路(50)的方法,其中,在升压 转换器运行中第一转换器装置(60)以最大系数。

9、3执行DC电源的电压值的连续提高,而所 述第二转换器电路(10)则以恒定的其它系数执行第一转换器电路(60)的输出电压。 11.按权利要求10所述的用于运行可反馈的DC-DC转换器电路(50)的方法,其中,所 述其它系数大于等于3,优选大于等于5。 12.按权利要求10或11所述的用于运行可反馈的DC-DC转换器电路(50)的方法,其 中,所述其它系数是整数系数。 权 利 要 求 书CN 102651612 A 1/7页 4 DC-DC 转换器单元、 转换器电路及其运行方法 技术领域 0001 本发明描述了一种用于连接DC电源和DC电压吸收器的可反馈的DC-DC转换器电 路,其中,优选的能量输。

10、送从DC电源向DC电压吸收器导引,但概念“可反馈”也描述了相反 的途径并因此DC-DC转换器电路也可以从DC电压吸收器向DC电源输送能量。本发明此外 描述了一种用于运行这种类型的可反馈的DC-DC转换器电路的有利的方法。 背景技术 0002 这种类型的DC-DC转换器电路或还有此外形成它们的DC-DC转换器单元设施或还 有形成这种转换器单元设施的DC-DC转换器单元一般用于使具有往往在时间上不恒定的 输出电压的DC电源的输出电压与具有在时间上恒定的一般较高电压值的DC电压吸收器的 电压匹配。 0003 这里所描述的类型的DC电源可以是光电设备或其中的子设备、燃料电池或蓄能 器元件如蓄电池或电容。

11、器电路。典型地用于不同类型的DC电源的是它们的不同的功能参 数。光电设备的特征基本上在于,其输出电压承受很高的波动,而燃料电池的特征则在于比 较恒定的电压输出。不同的蓄能器元件具有大多恒定的、天然给定的但时间上受界定的输 出电压,在这里最好称为接线端电压。 0004 DC电压吸收器可以是逆变器电路布置的输入端或DC总线系统。典型地用于DC总 线系统的是大量与其联接的同类型地或不同地构造的DC-DC转换器系统,具有就此连接的 DC电源,这些DC电源向DC总线系统供电或由该DC总线系统供电。在考虑到线路损耗的情 况下,往往有利地选择DC总线系统的电压值至少比大多数所联接的DC电源的输出电压明 显更。

12、高。 发明内容 0005 本发明的目的在于,提供一种通用的DC-DC转换器拓扑,用于接线端电压优选可 变的DC电源与接线端电压优选恒定的DC电压吸收器的双向、也就是可反馈的连接。 0006 该目的依据本发明通过具有权利要求6的特征的、具有至少一个依据权利要求1 的转换器单元的DC-DC转换器电路以及通过依据权利要求10的方法得以解决。优选的实 施方式在各自的从属权利要求中描述。 0007 本发明的出发点是DC-DC转换器单元,用于将在输入接线端上施加的具有第一电 压值的直流电压转换成然后在输出接线端上施加的具有第二电压值的直流电压。这种类型 的DC-DC转换器单元例如用于使具有时间上可变的第一。

13、电压值的光电设备的或其中的设 备部分的输出电压与具有恒定的第二电压值的直流电压的逆变器的输入端匹配。有利的 是,这种DC-DC转换器单元是可反馈的、也就是双向能运转的,以便例如从具有恒定电压值 的DC总线系统充电具有同样恒定的,但较低电压值的蓄能器元件。不言而喻地,DC总线系 统可以同样再由蓄能器元件供电。 0008 这里所提供的DC-DC转换器单元具有三个输入接线端和两个输出接线端。在三个 说 明 书CN 102651612 A 2/7页 5 输入接线端中的两个上可以以如下方式地联接DC电源,即,该DC电源与第一和第二或与第 二和第三输入接线端连接。在联接DC电源时,可以有利地将两个输入接线。

14、端中的一个与地 电位连接。同样可以有利的是,与DC电源连接的两个输入接线端之间设置有一个输入电容 器。由两个输出接线端,第一输出接线端与DC-DC转换器单元的第一输入接线端连接并且 第二输出接线端与DC-DC转换器单元的第三输入接线端连接。此外,两个输出接线端可与 DC电压吸收器连接,其中,在这里还可以有利地在两个输出接线端之间设置输出电容器。 0009 此外,DC-DC转换器单元具有至少一个、但有利的多个同类型构造的转换器级。 每个转换器级具有由各至少两个功率开关的上和下串联电路。这些功率开关可与现有技 术相应地各自构造为功率晶体管,例如构造为具有反并联自振荡二极管的IGBT或构造为 MOS。

15、-FET。 0010 DC-DC转换器单元的第二输入接线端与至少一个转换器级中的每个转换器级的中 间点优选借助中间联接的线圈连接。中间点将各自的转换器级对称地分成上和下串联电 路。为两个串联电路的各自的晶体管分配从1至N-1的顺序号,这些顺序号各从中间点起 计数。上面的具有顺序号为N-1的最后那个功率开关与第一输入接线端连接,而下面的同 样具有顺序号为N-1的最后那个功率开关与第三输入接线端连接。 0011 此外,在至少一个转换器级中的每个转换器级内设置有至少一个电容器。各自的 电容器同样具有顺序号。一个顺序号的电容器一方面与相同顺序号的上面的功率开关和顺 序号紧随其后的功率开关之间的中间点连。

16、接,并且另一方面与相同顺序号的下面的功率开 关和顺序号紧随其后的功率开关之间的中间点连接。由此,从各转换器级的中间点出发观 察,形成N-2个电容器的对称布置。 0012 由此,从中间点出发观察,在每个转换器级中产生N个电位分级,其中第一电位分 级形成中间点本身并且最后的电位分级形成第一或第三输入接线端,而中间的电位分级则 通过功率开关之间的中间点形成。具有上和下串联电路内的各四个功率开关的设施由此具 有三个电容器和五个电位分级并因此标称为五分级电路。 0013 在DC-DC转换器单元的这种设计方案方面有利的是,在每个串联电路内的N-1个 功率开关中的每个功率开关仅需具有DC-DC转换器单元的输。

17、出电压的1/(N-1)倍的耐压强 度(Spannungsfestigkeit)。通过适当操控功率开关,特别是通过偏置的同步(versetzte Taktung),可以在通过DC-DC转换器单元升压转换( )时,将输出电流 的纹波随着分级数量的上升而降低并由此将待设置的输出电容器的电容以各自的系数降 低。 0014 DC-转换器单元设施具有两个上面所描述的DC-DC转换器单元,其中,第一DC-DC 转换器单元的第三输入接线端与第二DC-DC转换器单元的第一输入接线端连接以及第一 DC-DC转换器单元的第二输出接线端与第二DC-DC转换器单元的第一输出接线端连接,或 各自的接线端相对应。 0015。

18、 两个DC-DC转换器单元的各自的第二输入接线端构造了转换器单元设施的输入 端。有利的是,转换器单元设施的至少一个输入端上设置有线圈,如上面在DC-DC转换器单 元中描述的那样。在DC-DC转换器单元设施的两个输入端内设置有各一个线圈的情况下, 可以此外有利地将这两个线圈电磁地、也就是变压地耦接。 0016 第一DC转换器单元的第一输出接线端和第二DC转换器单元的第二输出接线端形 说 明 书CN 102651612 A 3/7页 6 成DC-DC转换器单元设施的两个输出端。但可以有利的是,第一或第二DC-DC转换器单元 的相互连接的第二或第一输出接线端设置作为DC-DC转换器单元设施的附加输出。

19、端。该附 加的输出端例如可以用于输出电压的对称,并有利地在DC-DC转换器单元设施的两个输入 端都不处于地电位时,处于地电位上。 0017 对于上面所提及的要求来说,特别是在作为DC总线系统构造的DC电压吸收器的 情况下,在DC电源和DC电压吸收器的电压值相差约一个数量级或更多,也就是相差约10 倍时,由两个转换器装置组成的可反馈的DC-DC转换器电路是特别有利的。 0018 同样可以有利是,将两个这种类型的可反馈的DC-DC转换器电路类似于上面所描 述的两个DC-DC转换器单元的连接而连接至转换器单元设施。 0019 第一转换器装置在这种情况下可以依据现有技术构造并由一个级或由大量级的 串联。

20、电路组成。这些级的每个由半桥电路组成,其中,至少一个级的中间接点构造了DC-DC 转换器电路的两个各自的输出端中的一个。优选的是,可反馈的DC-DC转换器电路的输入 端与第一转换器装置的所配属的中间接点之间设置有各一个线圈。这些线圈可以以有利的 方式变压地相互耦接。 0020 第二转换器级构造为DC-DC转换器单元或构造为如上面所描述的DC-DC转换器单 元设施。 0021 第一与第二转换器电路的直流电压耦接是第一转换器装置的输出端与第二转换 器装置的输入端的连接,其中,可以优选的是,在这些连接中的至少一个内设置有线圈。 0022 在DC-DC转换器电路以特别有利的方式运行时,可以放弃这种类型。

21、的线圈,或这 种类型的线圈可以具有相对于常见的尺寸规格特别小的电感。 0023 这种特别有利的运行方式的特色在于,在升压转换器运行中,也就是在DC-DC转 换器电路的输入端上的电压值与输出端上所希望的电压值相比较低时,第一转换器装置以 最大系数3执行DC电源的电压值的输出电压的连续提高,而第二转换器电路则仅以恒定的 优选整数的系数执行第一转换器电路的输出电压。 0024 在这种仅以整数系数提高电压的情况下,构造了第二转换器装置的DC转换器单 元的功率开关可以以如下方式地进行切换,即,第一与第二转换器装置之间的连接中不需 要存储能量或仅需要储存非常低的能量。由此,可以完全放弃布置在那里的线圈或该。

22、线圈 具有至少相对于公知的尺寸规格明显更低的电感。 0025 在电压提高其它优选的非整数但恒定的系数结合每个上和下串联电路的适当数 量的功率开关的情况下,给出这种优点,即,完全放弃线圈或该线圈至少具较低的电感。 附图说明 0026 借助依据图1至图8的实施例对本发明的解决方案做进一步阐释。 0027 图1示意示出DC-DC转换器单元; 0028 图2和图3示出具有不同接线端变形方案的各一个DC-DC转换器单元; 0029 图4示出DC-DC转换器单元的电路的实施方案; 0030 图5示意示出具有外部布线的DC-DC转换器单元设施; 0031 图6示出DC-DC转换器单元设施的电路的实施方式; 。

23、0032 图7在模拟图中示出不同DC-DC转换器单元设施的输出电压的相对纹波; 说 明 书CN 102651612 A 4/7页 7 0033 图8示出可反馈的DC-DC转换器电路。 具体实施方式 0034 图1示意示出DC-DC转换器单元10,具有三个输入接线端11、12、13和两个输出接 线端14、15。该转换器单元10一定程度上形成后面所有其它电路的基本模块或基本组件。 0035 图2和图3示出具有不同接线端变形方案的各一个DC-DC转换器单元10。图2示 出具有正极和负极的DC电源20。正极与DC-DC转换器单元10的第一输入接线端11连接, 而负极则与DC-DC转换器单元10的第二输。

24、入接线端12连接。此外示出输入接线端、在这 里是第一输入接线端11与地电位GND的有利的连接。与地电位GND的这种类型的连接在 作为DC电源的光电设备中是经常习惯的。 0036 此外并无关于与地电位GND的连接地,两个输入接线端11、12以优选的方式与输 入电容器200连接。该输入电容器在具有输出电压的给定纹波的DC电源20中用于该输出 电压的滤波。但该电容器也可以用作暂时的蓄能器,如果DC电源20的输出电压不能连续 提供的话。 0037 DC-DC转换器单元10的输出端14、15在这里例如与作为DC电压吸收器的逆变器 42连接。 0038 图3示出DC-DC转换器单元10的其它有利的外部布线。

25、。在这种情况下,DC电源 20利用其正极与DC-DC转换器单元10的第二输入接线端12连接,而负极则与第三输入接 线端13连接。同样在这里可以有利的是,例如将DC电源20的负极或DC-DC转换器单元的 第三输入接线端13与地电位GND连接。 0039 DC-DC转换器单元10的输出端与DC总线系统40连接。这种类型的DC总线系统 40例如在光电设备的内部将多个子设备相互连接,并且在需要时与逆变器装置连接。同样 地,在分散式能量产生装置中在这种类型的DC总线系统40上,不同形式( ) 的多个DC电源20可以相互连接。这例如可以是多个纯DC电源如光电模块或燃料电池也 可以是多个DC蓄能器如电容器装。

26、置。 0040 这里所描述的DC-DC转换器单元不仅能够从DC电源20向DC电压吸收器40、42 输送能量,而且也适用于在相反的方向上的能量输送,例如用于供电给作为DC电源的电容 器装置。在这种情况下,通常DC电压吸收器40、42的电压值降低并供电到DC电源20中。 这描述了DC-DC转换器单元10的所提及的反馈能力。 0041 图4示出具有图3所述功能性的DC-DC转换器单元10的电路的实施方式。示出 三个输入接线端11、12、13以及两个输出接线端14、15。第一输入接线端11在这种情况下 与第一输出接线端14直接连接,以及第三输入接线端13与第二输出接线端15直接连接。 0042 转换器。

27、功能性通过这里的两个转换器级100构造,其中,依赖于功率地可以是任 意数量。转换器级100由大量功率开关S_ox1、S_ux1、S_ox2、S_ux2的相对于中间点M对 称布置的上串联电路102和下串联电路104组成。这种对称设施的中间点M各与DC转换 器单元的第二输入接线端12连接。在该设计方案中,第二输入接线端12与各自的中间点 M之间设置有各一个线圈120、122。在这里额外有利的是,这些线圈120、122磁性地借助共 同的芯124耦接。这种类型的耦接也可以标称为变压耦接。 0043 转换器级100的上串联电路102和下串联电路104由至少两个、这里三个功 说 明 书CN 1026516。

28、12 A 5/7页 8 率开关S_ox1、S_ux1、S_ox2、S_ux2组成,这些功率开关构造为功率晶体管,例如构造 为具有反并联联接的自振荡二极管132的IGBT 130或构造为具有本征自振荡二极管 (intrinsischer Freilaufdiode)的MOS-FET。为功率开关S_ox1、S_ux1、S_ox2、S_ux2中 的每一个功率开关配属一个顺序号x,该顺序号从转换器级中间点开始从1计数。第二数字 y在这里确定各自的转换器级。 0044 此外,转换器级100内依赖于功率开关的数量设置有电容器C_x1、C_x2,其中,电 容器的数量小于每个串联电路100的功率开关数量。在具。

29、有每个串联电路包含三个功率开 关的所示变形方案中,因此存在两个电容器。在一种作为具有每个串联电路包含各六个功 率开关的7分级DC-DC转换器单元的同样有利的未示出的设计方案中设置有五个电容器。 0045 设置电容器C_x1、C_x2,使得第一电容器C_1y利用其第一接线端联接在上串联电 路102的第一功率开关S_o1y与第二功率开关S_o2y之间并利用其第二接线端联接在下串 联电路104的第一功率开关S_u1y与第二功率开关S_u2y之间。在具有每个上和下串联电 路包含四个功率开关的未示出的设计方案中,第三电容器在上串联电路内联接在第三与第 四功率开关之间并在下串联电路内同样联接在第三与第四功。

30、率开关之间。因此重要的是, 各两个相邻的功率开关之间设置有一个电容器接线端,并且该各自的电容器对称联接在上 与下串联电路之间。 0046 此外可以有利的是,DC-DC转换器单元10的两个输出接线端14、15与其它电容器、 输出电容器400连接。 0047 如果不要求DC-DC转换器单元的反馈能力,那么可以依据专业常用的手段并依赖 于外部布线,通过流量控制阀,也就是通过二极管取代单个的功率开关。 0048 图5示意示出具有外部布线的DC-DC转换器单元设施30。该DC-DC转换器单元 设施30由两个相互连接的DC-DC转换器单元10a、10b组成。为此,第一DC-DC转换器单元 10a的第三输入。

31、接线端13与第二DC-DC转换器单元10b的第一输入接线端11连接。同样 的是,必要地通过各自的DC-DC转换器单元10a、10b内部的内部连接,第一DC-DC转换器单 元10a的第二输出接线端15也与第二DC-DC转换器单元10b的第一输出接线端14连接。 0049 第一DC-DC转换器单元10a的第一输入接线端11以及第二DC-DC转换器单元10b 的第三输入接线端13同样很少地像各自的转换器单元的上述连接的输入接线端那样,不 构造DC-DC转换器单元设施30的外部接线端。 0050 确切地说,DC-DC转换器单元设施30的两个输入端31、32由各自的DC-DC转换器 单元10a、10b的。

32、两个第二输入接线端12形成并在这里与作为光电模块构造的DC电源20连 接。DC-DC转换器单元设施30的输出端34、35在这种设计方案中与DC总线系统40连接, 但同样可以与逆变器装置直接连接。 0051 图6示出DC-DC转换器单元设施30的电路的5分级实施方案。各形成DC-DC转 换器单元设施30的DC-DC转换器单元10a、10b在这里各仅具有一个级,该级从它那方面通 过4个功率开关S_o11至S_o41、S_u11至S_u41的各一个上和下串联电路形成,这些功率 开关各个级地与三个电容器C_11至C_13以上面描述的方式互相联接(verschalten)。 0052 DC-DC转换器单。

33、元设施30的输入端31、32的后面在这里设置有各一个线圈320、 322,其中,在这里两个线圈320、322再次以不是必须的,但有利的方式借助一个共同的芯 324磁性地耦接。在输入端31、32上以如下方式地联接DC电源20,即,该DC电源的正极与 说 明 书CN 102651612 A 6/7页 9 DC-DC转换器单元设施30的内部地相应于第一DC-DC转换器单元10a的第二输入接线端12 的那个输入端31连接。与此类似,DC电源20的负极与DC-DC转换器单元设施30的内部 地相应于第二DC-DC转换器单元10b的第二输入接线端12的输入端32连接。此外,DC-DC 转换器单元设施30的输。

34、入端31、32之间设置有具有如上面对图2已经描述过的那样的功 能性的输入电容器200。 0053 在这种设计方案中,示出了DC-DC转换器单元设施30的附加的、对确定的应用有 利的其它输出端36,该输出端提供了第一DC-DC转换器单元10a的第二输出接线端15的电 位并因此也提供了第二DC-DC转换器单元10b的第一输出接线端14的电位。该电位可以 用于使作为DC电压吸收器且布置在DC-DC转换器单元设施的输出端上的载荷44、46对称 并且该电位也可以附加地处于地电位GND上。 0054 图7仿真示出与现有技术相比的DC-DC转换器单元设施的不同设计方案的输出电 压的相对纹波。在这种情况下示出。

35、具有作为转换器级的半桥电路的公知的转换器电路的纹 波W2作为相对纹波数值1。与此相比,具有每个上和下串联电路包含四个功率开关的5分 级DC-DC转换器单元设施将标准化的纹波数值W4降到0.25,而在7分级DC-DC转换器单元 设施中的每个上和下串联电路包含六个功率开关则将标准化的纹波数值W6降到仅略微超 出0.1。 0055 从中可以看出,这里所介绍的DC-DC转换器单元设施或DC-DC转换器单元本身在 每个上和下串联电路的功率开关数量增加的情况下,明显降低了输出电压的纹波。同时,必 要时在输入端上待设置的线圈与公知的尺寸确定规则相比地设置具有低的电感。具有较高 数量的功率开关的电路技术上的消。

36、耗造成更好的信号质量以及在附加的布线中的较低的 成本。 0056 图8示出由第一转换器装置60和第二转换器装置10组成的可反馈的DC-DC转换 器电路50,其中,第一转换器装置按照现有技术构造,用于以最大系数3,但优选仅以系数2 少量提升DC-DC转换器电路50的输入电压。在该第一转换器装置60上以直流电压耦接的 方式联接有第二转换器装置,也就是第一转换器装置在其输出端64、65上产生输出直流电 压,该输出直流电压给第二转换器装置10用作输入直流电压。依赖于两个转换器装置60、 10的运行方式,作为该直流电压连接的部分,没有设置或至少在一个线路中设置有一个附 加的线圈58。同样地,可以在该直流。

37、电压连接的两个极之间设置有附加的电容器59。 0057 将第二转换器装置10通过上面描述的DC-DC转换器单元或如未示出的那样通过 DC-DC转换器单元设施形成。 0058 在可反馈的DC-DC转换器电路的输入端51、52上以公知的方式联接有DC电源,其 中,正极通过第一转换器装置的第一输入端61与第一转换器装置的各自的级的中间点连 接,而负极则与第一转换器装置60的第二输入端62连接并通过第一转换器装置的输出端 65与DC-DC转换器单元10的第三输入接线端13连接。此外,DC-DC转换器电路50的两个 输入端51、52之一,在这里是第二输入端52,负极的那个输入端可以处于地电位GND上。与。

38、 此无关地,DC电源20的两个极之间或DC-DC转换器电路50的输入端51、52之间还可以设 置有输入电容器200。 0059 在可反馈DC-DC转换器单元50的输出端54、55上也在不受普遍性限制的情况下 设置有上面描述的设计方案的DC总线系统40。 说 明 书CN 102651612 A 7/7页 10 0060 可以出自具有光电设备的布置的举例数值是在DC-DC转换器电路50上,也就是在 DC电源输出端上的125V至300V的输入电压,在DC-DC转换器电路上的至DC总线系统的 1500V的输出电压和125kW的转换功率。在这种情况下显而易的是,在最高1000A的输入电 流的情况下并在对。

39、目前可供支配的功率半导体模块的认识中,第一但还有第二转换器装置 的多级的设计方案是有意义的和必要的。 0061 将可反馈的DC-DC转换器电路以有利的方式以如下方式地运行,即,第一转换器 装置提升输入电压到300V和第二转换器装置将该数值恒定地增加五倍。在这种情况下 有利的是,该第二转换器装置作为具有每个上和下串联电路包含五个功率开关的6分级 DC-DC转换器单元构造。在这种设计方案中并在使用该方法的情况下,可以放弃在第一转换 器装置的输出端与第二转换器装置的输入端之间设置的每个其它构造元件、特别是线圈。 0062 如果第二转换器单元作为DC-DC转换器单元构造,那么可以将整个DC-DC转换 器电路也类似于DC-DC转换器单元设施的上面描述的构造方案那样进一步构成可反馈的 DC-DC转换器电路。为此如类似于上面的描述那样,DC-DC转换器电路在其负电位上扩展了 第二转换器电路。 说 明 书CN 102651612 A 10 1/4页 11 图1 图2 图3 说 明 书 附 图CN 102651612 A 11 2/4页 12 图4 说 明 书 附 图CN 102651612 A 12 3/4页 13 图5 图6 说 明 书 附 图CN 102651612 A 13 4/4页 14 图7 图8 说 明 书 附 图CN 102651612 A 14 。

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