[发明专利]双向电流双升压平方DC/DC转换器

说明书

技术领域

本发明涉及DC/DC电压转换器，换言之，涉及被设计为维持在两个电压源之间的能量流量的系统。特别地，本发明可用于对应于平均和高功率应用的通常称为斩波器（chopper）的转换器类型。

从电路的角度来看，这种类型的转换器可以被认为是直接电量变换器。有两个定义DC/DC转换器类型的基本变量：

-如果输出电压小于输入电压，那么其称为降低（step-down）DC/DC转换器或“降压（buck）”转换器，

-如果输出电压大于输入电压，那么其称为升高（step-up）DC/DC转换器或“升压（boost）”转换器。

对于这种类型的转换器，当在转换器的工作期间输入或输出电流可以在两者中的任一方向上时，使用术语双向电流。

背景技术

DC/DC升高或升压转换器特别地用于电动和混合动力车辆。它们通过增加或减少在DC总线端子的电压来连接电池电压和电马达逆变器的DC总线。它们也可以用于在逆变器的输入端耦接电池和超级电容。

图1是示出了用于电动或混合动力车辆的电转换系统。参考标号1表示在A点和B点之间输出电压U的电池。逆变器2的输入端连接在A点和B点之间。逆变器2的输出给车辆的三相电马达3供电。DC/DC转换器4构成第一的A点和B点与第二的超级电容5之间的连接。在本附图中I_电池表示电池电流，I_超级电容表示在超级电容中的电流。

在本领域中的DC/DC转换器的使用具有多个优点。它们使得能够管理在逆变器的DC总线和能量存储系统之间的能量流动。它们使得能够使用低电压电池。它们使得能够使用具有非常高的DC总线电压的逆变器（高速机械）。它们使得速度能够大范围地变化。它们给出电转换系统的更好的总效率。

混合动力和电动车辆的趋势导致逆变器DC总线上日益增高的电压。该趋势的优点是减少了斩波器线圈的截面并且减少了电机的尺寸。但是这需要使用DC/DC转换器来升高电池电压。

DC/DC升压型转换器的第二用途包括耦接机载能量存储装置。例如，耦接电池（能量）和超级电容（功率）。

当仅有的能量源是电池时，当负载可以在非常短的时间内吸收或输出高电流时（例如，在车辆的加速或刹车期间），很难维持DC总线上的电压。因此，可以在正和负峰值电流期间察觉到由安装在具有混合动力马达驱动的车辆上的电池输出的电压波动。这是因为实际上电池旨在（并且通常设置尺寸为）提供电能量（额定功率）而非瞬时功率。电池也不能在非常短的时间间隔内单独吸收全部的刹车能量。单独使用电池（电压不稳定）会加速老化。实际上结合超级电容（设置为用于功率的尺寸）可以在电池的全部工作范围期间减少电池电压波动以及利用在刹车期间可用的全部电能量。

如果DC/DC转换器用于耦接电池和超级电容，那么电池影响转换器的输出电压。直接以电流来控制转换器从而在加速期间提供功率峰值或在刹车时吸收电流峰值。因为超级电容的电压可以下降50%（从而使用超级电容充电的75%），所以所使用的DC/DC转换器必须是电流可逆升压型。

在应用的电动或混合动力车辆类型中，对DC/DC转换器的典型的规定将对DC电压施加可忽略的脉动比（少于3%）。然后，转换器的基本结构与设计为调适电源（电流/电压）且用于滤波的线性元件（感应线圈、电容器）相结合。

图2是示出了安装在Lexus混合动力车上的RX400h马达上使用的电转换系统的示图。参考标号11指代连接至电流可逆DC/DC升压转换器12的输入端的288V电池，该电流可逆DC/DC升压转换器12在电阻13和平滑电容器14的端子上输出650V的输出电压。转换器的输出电压给第一逆变器15和第二逆变器16供电。逆变器15和16的输入端设置有滤波电容器17和18。逆变器15对马达19输出AC供电电压同时逆变器16复原由马达20产生的电流。

转换器12在滤波电容器21的端子接收来自电池11的电压。该电压通过感应线圈22传输至IPM（智能功率模块）23。