[發明專利]直接直流轉換器(直流調節器)

無效

• 申請號: 200980123115.7
• 申請日: 2009-04-28
• 公開（公告）號: CN102077450A
• 公開（公告）日: 2011-05-25
• 發明（設計）人: A·舍恩克內希特
• 申請（專利權）人: 羅伯特.博世有限公司
• 主分類號: H02M3/158
• 分類號: H02M3/158
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李少丹;李家麟

本發明涉及一種直流電壓變換器，其帶有初級側和以電流方式與初級側耦合的次級側。

現有技術

使用的高伏特或牽引用電池用于混合驅動的電機的供電，在其后連接逆變器。高伏特電池的額定電壓大約在100V-300V之間。基于電池內阻，在逆變器的中間回路上的電壓視電機的運行方式(電動的或發電的)、以及視電傳輸功率而定地大約在50V和400V之間。高的中間回路電壓使得可以節約在逆變器、在機動車使用的電纜束及在電機中的成本和結構空間。為了實現這一點，為了提升電壓，使用一個單相或多相的升壓變流器。傳統的升壓變流器有扼流圈，它與電容器、二極管一起并且借助開關產生短暫升高的電壓。在混合驅動中使用這樣的升壓變流器缺點是，需要扼流圈有非常高的感應值，這會導致高成本和大的所需結構空間。此外，使用在開關時招致電流跳變的半導體作為開關，這導致高的電能損耗和因而導致大的所需半導體面積，其同樣需要相應的結構空間并且產生高成本。此外，電流跳變會導致環境的高電磁負荷。

本發明的任務在于，以低成本方式并且在節約結構空間情況下來實現直流電壓的升高。

本發明的優點

按照本發明，該任務以如下方式被解決：初級側具有至少一個扼流圈，次級側具有至少兩個串聯聯接的次級電容器，其中在初級側和次級側之間設置一個可控制的或可調節的電子開關裝置，該電子開關裝置在第一運行方式下取決于開關(schaltabhaengig)地通過扼流圈給次級電容器充電，各個充電過程大致在各個充電電流的過零處結束。在第一運行方式下，位于初級側的直流電壓借助直流電壓變換器被升高，并且從次級側被輸出。在此尤其規定：初級側配設有高壓電池，而次級側配設有電機。電機優選為混合驅動的動力裝置。從而產生了針對第一運行方式的電動運行。基于各個充電過程都大致在各個充電電流過零處結束，可以防止開關裝置在開關時產生電流跳變。這又使得，在開關裝置上只發生很少的損失。而且，基于發明的方法，可在開關時防止出現電流跳變，其方式是在過零處進行開關，環境的電磁負荷明顯減少。為了持續的升高直流電壓，次級電容器周期性的被充電和放電。

按照發明優選的改進方案而規定，扼流圈和開關裝置的開關頻率被設定(bemessen)為使得各個充電電流具有大致正弦形的半波變化曲線。為了實現上述方案，扼流圈在直流電壓變換器中的諧振特性是特別有利的。由于扼流圈的諧振設計，只需要扼流圈有很小的感應率值，并且扼流圈可以因此設計得很小。開關頻率說明了至少一個開關元件的開關頻度。若充電電流具有大致正弦形的半波變化曲線，則產生的結果為，在每次開關時存在充電電流的過零。

按照發明的改進方案而規定，初級側具有兩個輸入端子，在這兩個輸入端子上連有初級電容器。使用附加的初級電容器可使得在直流電壓變換中初級電容器首先被充電。接著，經由扼流圈和開關裝置借助在初級電容器存儲的電壓給次級電容器充電，由此直流電壓變換可以非常有效并且周期地發生。

按照發明的改進方案設置了兩個扼流圈，其中一個扼流圈連接在其中一個輸入端子以及開關裝置上，而另一個扼流圈連接在另一個輸入端子以及開關裝置上。兩個扼流圈實現了直流電壓變換器電路結構的對稱。此外其同時起到濾波器的作用，有利于電磁的兼容性。

按照發明優選的改進方案而規定，開關裝置具有電功率半導體作為開關元件。通過在充電電流過零處進行開關，在開關裝置中使用半導體情況下，僅僅需要小的半導體面積，因此同樣可以節省直流電壓變換器的成本和結構空間。

按照發明的改進方案而規定，二極管與開關元件并聯連接。使用與開關元件并聯的二極管，可使開關元件只能在電流方向上發揮其中斷作用。因此，通過二極管能夠實現將電流維持在一個方向上，例如在某時刻從次級側到初級側，反之，僅僅在需要時可以通過閉合開關元件使用相反反向。

按照發明的改進方案而規定，至少兩個開關元件在構成連接點的情況下被串聯連接，其中扼流圈之一連接到該連接點上、連接到次級電容器之一的串聯電路上。在連接點處使用多個開關元件，可使得在直流電壓變換器內的不同電流流動路徑被通電。如果除了開關元件還使用了與之并聯的二極管，這樣可以實現：通過開關這些開關元件確定電流流動方向。電流回路則借助開關經過二極管以及扼流圈來閉合。