專利名稱：車載電源裝置及其直流-直流轉(zhuǎn)換器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源裝置，尤其涉及車載電源裝置及其直流-直流轉(zhuǎn)換器。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有車載充電機(jī)幾乎都是隔離型的，效率大致為90%_93%左右，由于發(fā)散熱量較大，必須采取強(qiáng)制冷卻措施。水冷方式以及風(fēng)冷方式下，噪音、摩損存在，且風(fēng)扇的實(shí)際使用壽命不長(zhǎng)，從而會(huì)進(jìn)一步縮短全車的壽命。所以，車載充電機(jī)的二種常規(guī)冷卻方式(風(fēng)冷、水冷)并不是最為實(shí)用的冷卻方式。實(shí)踐證明，車載充電機(jī)的自然風(fēng)冷運(yùn)行才是最實(shí)用的冷卻方式。但要實(shí)現(xiàn)自然風(fēng)冷運(yùn)行，車載充電機(jī)的整體功率變換效率必須提升至96%以上?，F(xiàn)有的車載充電機(jī)系統(tǒng)通常包括兩個(gè)重要組成部分功率因數(shù)校正(PFC)級(jí)的功率變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及直流-直流功率變換主電路。PFC級(jí)的功率變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般選用二路錯(cuò)相、連續(xù)模式運(yùn)行的PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通常功率變換效率最高可達(dá)97%-98%。若要求車載充電機(jī)的整機(jī)滿載效率達(dá)到96%以上，則直流-直流功率變換主電路的功率變換效率必須也達(dá)到98%-99%。然而，目前尚未有任何一種隔離型的直流-直流功率變換主電路的功率變換效率可以達(dá)到98%-99%。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決上述技術(shù)問題，有必要提供一種能夠使得功率變換效率可以達(dá)到 98%-99%的直流-直流轉(zhuǎn)換器以及采用該直流-直流轉(zhuǎn)換器的車載電源裝置。本發(fā)明實(shí)施例提供一種直流-直流轉(zhuǎn)換器，該直流-直流轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)輸入級(jí)，包括第一正極與第一負(fù)極，該第一正極用于接收一輸入電壓；一個(gè)輸出級(jí)，包括第二正極與第三正極，該第二正極與所述第一正極耦接，用于根據(jù)所述輸入電壓輸出一輸出電壓； 以及至少一個(gè)能量回饋級(jí)，耦接在所述輸入級(jí)與所述第三正極之間，用于將輸出級(jí)輸出的部分能量反饋至所述第一正極，且所述輸入級(jí)的輸入電壓等于所述輸出級(jí)的輸出電壓與所述第三正極的電壓之和。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種車載電源裝置，其包括功率因數(shù)校正模塊，用于接收市電電源并輸出一個(gè)第一輸出電壓；直流-直流轉(zhuǎn)換器，用于接收該該第一輸出電壓并將其轉(zhuǎn)換為第二輸出電壓，所述第一輸出電壓大于所述第二輸出電壓；保護(hù)電路，用于對(duì)所述直流-直流轉(zhuǎn)換器進(jìn)行過電流保護(hù)；以及控制模塊，用于根據(jù)編程信號(hào)控制所述功率因數(shù)校正模塊、直流-直流轉(zhuǎn)換器輸出的電流或電壓，以輸出恒流或恒壓。該直流-直流轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)輸入級(jí)，包括第一正極與第一負(fù)極，該第一正極用于接收所述第一輸入電壓；一個(gè)輸出級(jí)，包括第二正極與第三正極，該第二正極與所述第一正極耦接，用于根據(jù)所述第一輸入電壓輸出一第二輸出電壓；以及至少一個(gè)能量回饋級(jí)，耦接在所述輸入級(jí)與所述輸出級(jí)之間，用于將輸出級(jí)輸出的部分能量反饋至所述第一正極，且所述輸入級(jí)的第一輸入電壓等于所述輸出級(jí)的第二輸出電壓與所述第三正極的電壓之和。本發(fā)明提供的車載電源裝置及其采用的直流-直流轉(zhuǎn)換器，通過將第一正極與輸出級(jí)連接，以及在能源回饋單元向輸入級(jí)回饋能量，從而提高直流-直流轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率以及整個(gè)車載電源裝置的功率轉(zhuǎn)換效率。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本發(fā)明第一實(shí)施方式提供的直流-直流轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明第二實(shí)施方式提供的直流-直流轉(zhuǎn)換器的電路結(jié)構(gòu)示意圖； 圖3是本發(fā)明第三實(shí)施方式提供的直流-直流轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖4是本發(fā)明第四實(shí)施方式提供的直流-直流轉(zhuǎn)換器的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖5是本發(fā)明實(shí)施方式提供的車載電源裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。在本發(fā)明實(shí)施例中，直流-直流轉(zhuǎn)換器的輸入端從功率因數(shù)校正(PFC)轉(zhuǎn)換電路獲得輸入電壓，并在輸出端輸出電壓至負(fù)載端，同時(shí)回饋能量至輸入端，從而能夠提高輸出效率。請(qǐng)參閱圖1，其是本發(fā)明第一實(shí)施方式提供的直流-直流轉(zhuǎn)換器100的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例中，所述直流-直流轉(zhuǎn)換器100為非隔離型功率變化器。該直流-直流轉(zhuǎn)換器100包括一個(gè)輸入級(jí)10、一個(gè)輸出級(jí)20以及至少一個(gè)能量回饋級(jí)30。所述輸入級(jí)10包括第一正極11與第一負(fù)極13，該第一正極11用于接收一輸入電壓。本實(shí)施方式中，所述第一正極11從一功率因數(shù)修正(PFC)轉(zhuǎn)換電路(請(qǐng)參閱圖5)接收所述輸入電壓，所述輸入電壓為一市電電壓經(jīng)過所述PFC轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換得到。所述輸出級(jí)20用于根據(jù)所述輸入電壓輸出一個(gè)輸出電壓，所述輸出電壓小于所述輸入電壓。所述輸出級(jí)20包括第二正極21與第三正極23，該第二正極21與所述第一正極11耦接，從而使得所述第二正極21也能夠獲得所述輸入電壓。所述第三正極23連接所述能量回饋級(jí)30 —端，使得一部分所述輸入電壓的輸出到所述輸出級(jí)20，而另外一部分輸入電壓則經(jīng)由所述第三正極23，輸入到所述能量回饋級(jí)30中，并形成能量回饋。本實(shí)施方式中，所述能量回饋級(jí)30的數(shù)量為一個(gè)。所述能量回饋級(jí)30耦接在所述輸入級(jí)10與所述輸出級(jí)20之間。具體的，所述能量回饋級(jí)30 —邊耦接所述第三正極23 以及一接地端31，以輸入所述第三正極23的電壓來實(shí)現(xiàn)能量回饋，另一邊則耦接所述第一正極11，以將所述能量回饋至所述輸入級(jí)10。所述接地端31將所述第一負(fù)極13接地。請(qǐng)參閱圖2，其為本發(fā)明第二實(shí)施例提供的直流-直流轉(zhuǎn)換器200的結(jié)構(gòu)示意圖。 第二實(shí)施例的直流-直流轉(zhuǎn)換器200與第一實(shí)施例的直流-直流轉(zhuǎn)換器100基本相同，其區(qū)別在于
所述輸入級(jí)10具體包括一第一電容15，所述第一電容15兩端分別連接所述第一正極 11與第一負(fù)極13，即所述第一電容15并聯(lián)在所述輸入級(jí)10中，使得所述第一電容15兩端電壓等于所述輸入電壓，從而能夠?qū)⑺鲚斎腚妷旱哪芰看鎯?chǔ)起來，并輸出至所述輸出級(jí) 20中。本實(shí)施例中，所述第一電容15為一電解電容。所述輸出級(jí)20包括一第二電容25，所述第二電容25兩端分別連接所述第二正極 21與第三正極23，即所述第二電容25并聯(lián)在所述輸出級(jí)20中，使得所述第二電容25兩端電壓等于所述輸出電壓，從而能夠?qū)⑺鲚敵鲭妷旱哪芰看鎯?chǔ)起來，并輸出至負(fù)載端(圖未示)。本實(shí)施例中，所述第二電容25為一電解電容。所述能量回饋級(jí)30包括一輸入部33、一轉(zhuǎn)換電路35以及一輸出部37。所述輸入部33耦接所述第三正極23以及所述接地端31，用于接收從所述輸出級(jí)20獲得的部分所述輸入電壓的能量。所述輸出部37耦接所述第一正極11以及所述第一負(fù)極13，用于將經(jīng)過所述轉(zhuǎn)換電路35后的能量回饋至所述輸入級(jí)10。所述轉(zhuǎn)換電路35用于接收所述輸入部33 的能量，并將該能量轉(zhuǎn)換后從該輸出部37輸出到該第一正極11。具體的，所述轉(zhuǎn)換電路35 包括一第三電容351、一第四電容353、一開關(guān)355、一二極管357以及一電感359，所述第三電容351、第四電容353、以及開關(guān)355相互并聯(lián)，所述二極管357串聯(lián)在所述第三電容351 與開關(guān)355之間，所述電感359串聯(lián)在所述第四電容353與開關(guān)355之間。具體的，所述第三電容351包括第四正極351a與第三負(fù)極351b，其用于接收所述第三正極23的電壓，并進(jìn)行充電。所述第四電容353包括第五正極353a與第四負(fù)極35北，所述第五正極353a與所述第三負(fù)極351b共同連接于所述接地端31。本實(shí)施例中，所述開關(guān)355為絕緣柵雙極型晶體管。所述開關(guān)355包括柵極、發(fā)射集以及集電極，所述柵極連接一外部控制信號(hào)(圖未示)，所述發(fā)射集連接所述接地端31，所述集電極連接在所述二極管357以及電感359之間。所述二極管357的正極連接所述電感359，所述二極管357的負(fù)極連接所述第四電容353的第四負(fù)極353b以及第一正極11。所述電感359 —端連接所述第三電容351的第四正極351a，另外一端連接所述絕緣柵雙極型晶體管的集電極以及所述二極管357的正極。所述直流-直流轉(zhuǎn)換器100的轉(zhuǎn)換效率滿足下列公式
n=ci+w*c2, (1)
其中，n為轉(zhuǎn)換效率，Ci為所述輸出級(jí)20的輸出電壓占輸入級(jí) ο的輸入電壓的百分比，C2為第三正極23的電壓占輸入級(jí)10的輸入電壓的百分比，W為第三正極23的電壓通過所述能量回饋級(jí)30后的的損耗系數(shù)。所述公式(1)從下列公式獲得 η =Iout氺Vpfc氺C1+W氺Iout氺Vpfc 氺C2 (2)
其中，Iout為流經(jīng)直流-直流轉(zhuǎn)換器100的電流，Vpfc為所述PFC轉(zhuǎn)換電路35的輸出電壓，即輸入級(jí)10的輸入電壓。結(jié)合圖3以及上述公式，以接地端31為參考電位點(diǎn)時(shí)，輸入級(jí)10的輸入電壓大致等于所述第二正極21的電壓與第三正極23的電壓之和，即
Vpfc=Vdco+ VEFin, (3)其中Vdco為直流-直流變換器輸出級(jí)20的輸出電壓，即第二正極21的電壓，VEFin* 所述第三正極23的電壓，即所述能量回饋級(jí)30的輸入電壓。由(3)可得，VEFin= Vpfc - Vdco (4)
將(4)代入(2)即可計(jì)算出轉(zhuǎn)換效率η。例如，當(dāng)VEFin AVpfc的20%時(shí)，直流-直流變換器的總效率為
(lout*0. 8*Vpfc+95%*Iout*20%*Vpfc) / (Ιο* Vpfc)=99%; 當(dāng)VEFin占Vpfc的40%時(shí)，直流-直流變換器的總效率為
(Io*0. 8* VPFC +95%* Io*40%* VPFC)/(Ιο* VPFC) =98% 在一般情況下，由于 VEFin 占 Vpfc的百分比可以控制在(Γ50%范圍內(nèi)，因此可將轉(zhuǎn)換效率η限制在979Γ99%的范圍內(nèi)， 從而能夠提高直流-直流轉(zhuǎn)換器100的功率轉(zhuǎn)換效率。請(qǐng)參閱圖3，其為本發(fā)明第三實(shí)施例提供的直流-直流轉(zhuǎn)換器300的結(jié)構(gòu)示意圖。 第三實(shí)施例的直流-直流轉(zhuǎn)換器300與第二實(shí)施例的直流-直流轉(zhuǎn)換器200基本相同，其區(qū)別在于所述能量回饋級(jí)30a的數(shù)量為多個(gè)，該多個(gè)能量回饋級(jí)30a依次并聯(lián)在所述第三正極23a與第一正極Ila之間。請(qǐng)參閱圖4，其為本發(fā)明第四實(shí)施例提供的直流-直流轉(zhuǎn)換器400的結(jié)構(gòu)示意圖。 第四實(shí)施例的直流-直流轉(zhuǎn)換器400與第二實(shí)施例的直流-直流轉(zhuǎn)換器200基本相同，其區(qū)別在于所述能量回饋級(jí)30b的數(shù)量為多個(gè)，該多個(gè)能量回饋級(jí)30b串聯(lián)在所述第三正極 23b與第一正極lib之間。本發(fā)明的直流-直流轉(zhuǎn)換器不受限于多個(gè)能量回饋級(jí)為多相并聯(lián)或串聯(lián)運(yùn)行的方式，如同頻同相運(yùn)行、或同頻錯(cuò)相運(yùn)行、或各自獨(dú)立運(yùn)行、或視功率大小等條件運(yùn)行均可。請(qǐng)參閱圖5，其為本發(fā)明實(shí)施方式提供的車載電源裝置500的結(jié)構(gòu)示意圖。該車載電源裝置500包括功率因數(shù)校正(PFC)模塊51、上述直流-直流轉(zhuǎn)換器、保護(hù)電路53以及控制模塊陽。所述功率因數(shù)校正模塊51用于降低輸入電流的諧波并輸出一第一輸出電壓，所述第一輸出電壓等于所述輸入級(jí)10的輸入電壓。所述直流-直流轉(zhuǎn)換器為上述的直流-直流轉(zhuǎn)換器100、200、300或400。所述保護(hù)電路53用于對(duì)所述直流-直流轉(zhuǎn)換器進(jìn)行過電流保護(hù)。所述控制模塊55用于根據(jù)編程信號(hào)控制所述功率因數(shù)校正模塊51、直流-直流轉(zhuǎn)換器輸出的電流或電壓，以輸出恒流或恒壓。本實(shí)施方式中，所述控制模塊陽為數(shù)字信號(hào)處理器(DSP)或模擬控制電路。另外，該車載電源裝置500還設(shè)置有一待機(jī)電源57，其連接所述控制模塊55，以提供控制模塊55的時(shí)鐘電源以及當(dāng)車載電源裝置500處于待機(jī)狀態(tài)時(shí)的控制電源。本發(fā)明提供的車載電源裝置500及其采用的直流-直流轉(zhuǎn)換器，通過將第一正極 11與輸出級(jí)20連接，以及在能量回饋級(jí)30向輸入級(jí)10反饋第三正極23的電壓，能夠獲得更高的輸入電壓，從而提高直流-直流轉(zhuǎn)換器100的轉(zhuǎn)換效率以及整個(gè)車載電源裝置500 的功率轉(zhuǎn)換效率。以上所揭露的僅為本發(fā)明一種較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。
權(quán)利要求
1.一種直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于，該直流-直流轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)輸入級(jí)，包括第一正極與第一負(fù)極，該第一正極用于接收一個(gè)輸入電壓； 一個(gè)輸出級(jí)，包括第二正極與第三正極，該第二正極與所述第一正極耦接，用于根據(jù)所述輸入電壓輸出一個(gè)輸出電壓；以及至少一個(gè)能量回饋級(jí)，耦接在所述輸入級(jí)與所述第三正極之間，用于將輸出級(jí)輸出的部分能量反饋至所述第一正極，且所述輸入級(jí)的輸入電壓等于所述輸出級(jí)的輸出電壓與所述第三正極的電壓之和。
2.如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述輸入級(jí)包括一第一電容， 所述第一電容兩端分別連接所述第一正極與第一負(fù)極，所述第一電容兩端電壓等于所述輸入電壓。
3.如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述輸出級(jí)包括一第二電容， 所述第二電容兩端分別連接所述第二正極與第三正極，所述第二電容兩端電壓等于所述輸出電壓。
4.如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述能量回饋級(jí)的數(shù)量為多個(gè)，該多個(gè)能量回饋級(jí)相互并聯(lián)在所述第三正極與第一正極之間。
5.如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述能量回饋級(jí)的數(shù)量為多個(gè)，該多個(gè)能量回饋級(jí)串聯(lián)在所述第三正極與第一正極之間。
6.如權(quán)利要求4或5所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于每個(gè)所述能量回饋級(jí)包括一輸入端、一轉(zhuǎn)換電路以及一輸出端，所述輸入端耦接所述第三正極，所述輸出端耦接所述第一正極，所述轉(zhuǎn)換電路用于接收所述輸入端的能量，并將該能量轉(zhuǎn)換后從該輸出端輸出到該第一正極。
7.如權(quán)利要求4所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述轉(zhuǎn)換電路包括一個(gè)第三電容、一個(gè)第四電容、一個(gè)開關(guān)、一個(gè)二極管以及一個(gè)電感，所述第三電容、第四電容、以及開關(guān)相互并聯(lián)，所述二極管串聯(lián)在所述第三電容與開關(guān)之間，所述電感串聯(lián)在所述第四電容與開關(guān)之間。
8.如權(quán)利要求1所述的直流-直流轉(zhuǎn)換器，其特征在于所述直流-直流轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換效率滿足下列公式n=Cl+W*C2，其中，η為轉(zhuǎn)換效率，Cl為輸出電壓占輸入電壓的百分比，C2為第三正極的電壓占輸入電壓的百分比，W為第三正極的電壓通過所述能量回饋級(jí)后的的損耗系數(shù)。
9.一種車載電源裝置，其包括功率因數(shù)校正模塊，用于接收市電電源并輸出一個(gè)第一輸出電壓； 直流-直流轉(zhuǎn)換器，用于接收該第一輸出電壓并將其轉(zhuǎn)換為一個(gè)第二輸出電壓，所述第一輸出電壓大于所述第二輸出電壓；保護(hù)電路，用于對(duì)所述直流-直流轉(zhuǎn)換器進(jìn)行過電流保護(hù)；以及控制模塊，用于根據(jù)編程信號(hào)控制所述功率因數(shù)校正模塊、直流-直流轉(zhuǎn)換器輸出的電流或電壓，以輸出恒流或恒壓；其特征在于，該直流-直流轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)輸入級(jí)，包括第一正極與第一負(fù)極，該第一正極用于接收所述第一輸入電壓； 一個(gè)輸出級(jí)，包括第二正極與第三正極，該第二正極與所述第一正極耦接，用于根據(jù)所述第一輸入電壓輸出一第二輸出電壓·，以及至少一個(gè)能量回饋級(jí)，耦接在所述輸入級(jí)與所述第三正極之間，用于將輸出級(jí)輸出的部分能量反饋至所述第一正極，且所述輸入級(jí)的第一輸入電壓等于所述輸出級(jí)的第二輸出電壓與所述第三正極的電壓之和。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開一種直流-直流轉(zhuǎn)換器，該直流-直流轉(zhuǎn)換器包括一個(gè)輸入級(jí)，包括第一正極與第一負(fù)極，該第一正極用于接收一個(gè)輸入電壓；一個(gè)輸出級(jí)，包括第二正極與第三正極，該第二正極與所述第一正極耦接，用于根據(jù)所述輸入電壓輸出一個(gè)輸出電壓；以及至少一個(gè)能量回饋級(jí)，耦接在所述輸入級(jí)與所述第三正極之間，用于將輸出級(jí)輸出的部分能量反饋至所述第一正極，且所述輸入級(jí)的輸入電壓等于所述輸出級(jí)的輸出電壓與所述第三正極的電壓之和。本發(fā)明還提供一種采用該直流-直流轉(zhuǎn)換器的車載電源裝置。該直流-直流轉(zhuǎn)換器的功率轉(zhuǎn)換效率提高，從而能夠同時(shí)提高車載電源裝置的效率。
文檔編號(hào)H02M3/00GK102570795SQ20121001202
公開日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2012年1月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月16日
發(fā)明者吳壬華, 胡定高, 胡峻凡, 莫光鋮, 鄭向紅 申請(qǐng)人:深圳市欣銳特科技有限公司