[发明专利]电流耦合式直流变压器和车辆电气系统

说明书

电流耦合式直流变压器具有第一侧（A1）和第二侧（A2）。第一侧（A1）具有第一电位（U+）和第二电位（U‑）。直流变压器拥有第一、第二和第三晶体管（S1、S2、S3）。所述晶体管经由第一和第二连接点（VP1、VP2）以串联电路的方式连接，并且连接在所述第一侧（A1）的电位（U+、U‑）之间。工作电感（L1、L1'）分别连接到两个连接点（VP1、VP2）上。工作电感（L1，L1'）分别连接在所述连接点（VP1、VP2）之一和所述直流变压器的第二侧（A2）的两个电位（V+、V‑）之一之间。

具有电驱动装置的车辆具有电气系统，其中使用例如400 V或800 V的高电压作为工作电压来支持高功率。有时期望例如400 V的电压，例如用于交流充电或者也用于驾驶，而其他应用需要更高的电压，例如800 V的电压，例如当应该利用直流电压充电，或者在驾驶时可能实现特别高的功率时。此外可能存在具有400 V的标称电压的高压组件，例如电加热器，而其他组件、例如牵引用蓄电池、充电电子设备和/或电驱动装置具有与标称电压不同的高压电压，例如800 V。

为了不必给不同标称电压的电气系统支路中的每一个配备自身的蓄电池，使用直流变压器，所述直流变压器将不同标称电压的电气系统支路以功率传输的方式彼此耦合。本发明的任务是表明一种可能性，利用所述可能性可以以简单的方式实现这种耦合电路。

该任务通过根据独立权利要求所述的直流变压器和车辆电气系统来完成。其他特性、特征、实施方式和优点利用从属权利要求、附图和说明书得出。

提出，设置具有三个串联连接的晶体管的电流耦合式直流变压器。晶体管串联连接，并且与具有两个开关的常见半桥相比，从而构成三个开关的串联电路。工作电感围绕中间的晶体管、即第二晶体管对称地分布，并且连接到晶体管的串联电路上。通过对称布置，可以借助于直流变压器产生相对于输入电压对称的电压。尤其是，输出电压的电位不对应于输入电位。由此可以实现输出电压相对于输入电压的偏移，其中可以通过操控晶体管来设定所述偏移。

因此提出一种电流耦合式直流变压器，所述电流耦合式直流变压器具有第一侧和第二侧。第一侧可以被视为输入侧，并且第二侧可以被视为输出侧。第一侧优选地包括两极联接端（或可以与所述两极联接端等同），并且第二侧同样优选地包括两极联接端（或可以与所述两极联接端等同）。因此，第一侧具有两个电位，其中第二侧也具有两个电位。

直流变压器具有第一、第二和第三晶体管作为变换器开关元件。这些晶体管经由第一和第二连接点以串联电路的方式相互连接。第一连接点存在于第一晶体管和第二晶体管之间。第二连接点存在于第二晶体管和第三晶体管之间。串联电路的端部连接到第一侧或第一联接端的两个电位上。工作电感分别连接到两个连接点上。工作电感分别串联地连接到连接点上。因此，仅每个工作电感的一个端部连接到两个连接点之一上。工作电感连接到不同的连接点上。工作电感分别连接在连接点之一与直流变压器的第二侧的两个电位之一之间。工作电感因此串联地连接在直流变压器的第二侧（即第二联接端）和连接点之间。第一工作电感串联地连接在第一连接点与直流变压器的第二侧的两个电位中的第一电位之间。第二工作电感串联地连接在第二连接点与直流变压器的第二侧的第二电位之间。工作电感将不同的工作点与直流变压器的第二侧的不同的电位连接。工作电感因此相对于第二晶体管对称地连接或布置。

工作电感优选地串联地连接在与之连接的连接点和第二侧之间。在一方面连接点和另一方面直流变压器的第二侧的电位之间的连接可以是直接的，或者优选地此外包括滤波元件（作为串联元件）。第二侧因此可以直接与工作电感的背离连接点的那些端部连接。然而，优选地在工作电感和第二侧（即第二侧的两个电位）之间设置共模扼流圈。第二侧因此可以经由共模扼流圈与工作电感的背离连接点的那些端部连接。为此，共模扼流圈可以具有两个（优选地彼此对称的）电感，其中一个电感设置在第一工作电感和第二侧的第一电位之间，并且第二电感设置在第二工作电感和第二侧的第二电位之间。电感优选地磁性耦合，尤其是其方式是所述电感围绕相同的磁芯缠绕。