[发明专利]具有多个功率变换器的开关模式脉宽调制的DC-DC转换器

说明书

技术领域

本发明涉及具有多个功率变换器的开关模式脉宽调制的dc-dc转换器。

背景技术

开关模式转换器被广泛地用于将给定的输入电功率转换为期望的输出电功率。通过输入侧上的输入端子将输入电功率从源提供给所述转换器，所述输入电功率被所述转换器转换成期望的输出电功率并且随后通过被提供给负载的输出侧上的输出端子输出。所述转换器包括用于及时调制输入电功率以及用于在电功率被提供给输出端子之前对被转换的电功率进行整流的开关布置。在这种开关布置中采用的开关典型地作为固态开关被提供，诸如在调制输入开关布置中所采用的MOS-FET晶体管，或者在整流输出开关布置中所采用的二极管。

通过控制开关布置中的开关的时间、频率和/或占空比以呈现(assume)接通状态(开关闭合)或者断开状态(开关打开)的控制电路来激活所述开关。举例来说，在MOSFET开关的情况下，所述控制电路适用于提供门电压从而以定时的方式接通(导通)或者断开(不导通)源极-漏极传导通道。通过以同步整流模式来操作驱动三端子设备的控制电路，也可以通过诸如MOSFET的三端子设备来实现整流二极管。

所述dc-dc转换器可以是升压型(boost-type)转换器，所述升压型转换器将输入电压转换为更高的输出电压。对于被从所述输入传递到所述输出的给定量的电功率，这特别地意味着所述输入侧需要适用于处理大电流。

所述dc-dc转换器可以是降压型(buck-type)转换器，所述降压型转换器将输入电压转换为更低的输出电压。对于被从所述输入传递到所述输出的给定量的电功率，这特别地意味着所述输出侧需要适用于处理大电流。

所述转换器可以被配置为适用于在两个方向上被操作的双向转换器，即其中端子可以被可交换地操作为输入或者输出端子。

所述转换器是隔离的转换器，其中输入和输出彼此电气(galvanically)隔离。通过将功率变压器用于将所述电功率从输入侧传递到输出侧来实现电气隔离(galvanic isolation)。

所述dc-dc转换器的高功率应用的例子是：由燃料电池以高电流的形式提供的处于低电压的电功率到高电压输出的转换。由于在这种转换中所引入的大电流，转换器电路的部件经受可观的电流和电压“压力”。在已知类型的转换器中，具有大的物理尺寸的部件可能被需要以处理所述大电流，结果是伴有增加的感应损耗。除了转换效率降低外，过度的热耗散可能导致对附加的冷却的需求并且可能严重地限制转换器的额定功率。

此外，转换器电路中的漏电感，尤其是与开关部件及关联的连接导线相关联的漏电感趋向于随被转换的功率而增加。特别地，处理所述较低电压并且因此处理所述较高电流的电路受所述泄漏的影响。

克服该问题的方式是通过并行地操作多个转换器。备选地，处理所述高电流的电路可以被分为多个并行操作的级并且处理高电压的电路的端子可以被串联连接。

US专利申请no.6,297,616公开了用于电功率存储装置的充电和放电设备。该设备包括AC电源及具有第一侧和第二侧的变压设备。所述两侧中的一个包括多个并联的全桥转换器，以恒定的百分之五十的占空比来驱动所述全桥转换器。该设备还包括多个存储电感器，通过引导电流通过串联耦合的两个主开关并且继续通过变压设备的主线圈和次级线圈以及最终通过两个次级开关而使该多个存储电感器充电。

上述方法的主要缺点是需要附加的开关、整流和/或控制单元。此外，由于所述并联级中标称一致的部件之间的差别，可观的损失可能被引入。所述标称一致的部件之间的差别大部分产生于制造容差。可以通过选择符合较小制造容差的较高质量的部件来将这些差别减小到一定的程度。然而，这是昂贵的方法，特别是当这些电路本身需求较大量部件的时候。

发明内容

本发明的目标是：通过简单的转换器布置来提供减小功率转换损失并且克服上述问题的转换器。