[发明专利]直接直流转换器(直流调节器)

说明书

本发明涉及一种直流电压变换器，其带有初级侧和以电流方式与初级侧耦合的次级侧。

现有技术

使用的高伏特或牵引用电池用于混合驱动的电机的供电，在其后连接逆变器。高伏特电池的额定电压大约在100V-300V之间。基于电池内阻，在逆变器的中间回路上的电压视电机的运行方式(电动的或发电的)、以及视电传输功率而定地大约在50V和400V之间。高的中间回路电压使得可以节约在逆变器、在机动车使用的电缆束及在电机中的成本和结构空间。为了实现这一点，为了提升电压，使用一个单相或多相的升压变流器。传统的升压变流器有扼流圈，它与电容器、二极管一起并且借助开关产生短暂升高的电压。在混合驱动中使用这样的升压变流器缺点是，需要扼流圈有非常高的感应值，这会导致高成本和大的所需结构空间。此外，使用在开关时招致电流跳变的半导体作为开关，这导致高的电能损耗和因而导致大的所需半导体面积，其同样需要相应的结构空间并且产生高成本。此外，电流跳变会导致环境的高电磁负荷。

本发明的任务在于，以低成本方式并且在节约结构空间情况下来实现直流电压的升高。

本发明的优点

按照本发明，该任务以如下方式被解决：初级侧具有至少一个扼流圈，次级侧具有至少两个串联联接的次级电容器，其中在初级侧和次级侧之间设置一个可控制的或可调节的电子开关装置，该电子开关装置在第一运行方式下取决于开关(schaltabhaengig)地通过扼流圈给次级电容器充电，各个充电过程大致在各个充电电流的过零处结束。在第一运行方式下，位于初级侧的直流电压借助直流电压变换器被升高，并且从次级侧被输出。在此尤其规定：初级侧配设有高压电池，而次级侧配设有电机。电机优选为混合驱动的动力装置。从而产生了针对第一运行方式的电动运行。基于各个充电过程都大致在各个充电电流过零处结束，可以防止开关装置在开关时产生电流跳变。这又使得，在开关装置上只发生很少的损失。而且，基于发明的方法，可在开关时防止出现电流跳变，其方式是在过零处进行开关，环境的电磁负荷明显减少。为了持续的升高直流电压，次级电容器周期性的被充电和放电。

按照发明优选的改进方案而规定，扼流圈和开关装置的开关频率被设定(bemessen)为使得各个充电电流具有大致正弦形的半波变化曲线。为了实现上述方案，扼流圈在直流电压变换器中的谐振特性是特别有利的。由于扼流圈的谐振设计，只需要扼流圈有很小的感应率值，并且扼流圈可以因此设计得很小。开关频率说明了至少一个开关元件的开关频度。若充电电流具有大致正弦形的半波变化曲线，则产生的结果为，在每次开关时存在充电电流的过零。

按照发明的改进方案而规定，初级侧具有两个输入端子，在这两个输入端子上连有初级电容器。使用附加的初级电容器可使得在直流电压变换中初级电容器首先被充电。接着，经由扼流圈和开关装置借助在初级电容器存储的电压给次级电容器充电，由此直流电压变换可以非常有效并且周期地发生。

按照发明的改进方案设置了两个扼流圈，其中一个扼流圈连接在其中一个输入端子以及开关装置上，而另一个扼流圈连接在另一个输入端子以及开关装置上。两个扼流圈实现了直流电压变换器电路结构的对称。此外其同时起到滤波器的作用，有利于电磁的兼容性。

按照发明优选的改进方案而规定，开关装置具有电功率半导体作为开关元件。通过在充电电流过零处进行开关，在开关装置中使用半导体情况下，仅仅需要小的半导体面积，因此同样可以节省直流电压变换器的成本和结构空间。

按照发明的改进方案而规定，二极管与开关元件并联连接。使用与开关元件并联的二极管，可使开关元件只能在电流方向上发挥其中断作用。因此，通过二极管能够实现将电流维持在一个方向上，例如在某时刻从次级侧到初级侧，反之，仅仅在需要时可以通过闭合开关元件使用相反反向。

按照发明的改进方案而规定，至少两个开关元件在构成连接点的情况下被串联连接，其中扼流圈之一连接到该连接点上、连接到次级电容器之一的串联电路上。在连接点处使用多个开关元件，可使得在直流电压变换器内的不同电流流动路径被通电。如果除了开关元件还使用了与之并联的二极管，这样可以实现：通过开关这些开关元件确定电流流动方向。电流回路则借助开关经过二极管以及扼流圈来闭合。