本發(fā)明涉及雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器。此外，本發(fā)明還涉及一種包括至少兩個(gè)這種雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器的系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隔離雙向直流-直流(Direct Current-Direct Current，DC-DC)轉(zhuǎn)換器(Isolated Bidirectional Direct Current-Direct Current Converter，IBDC)的發(fā)展趨勢(shì)是極高效能、高功率密度且低成本的寬輸入-寬輸出(Wide Input–Wide Output，WIWO)電壓。諧振DC-DC轉(zhuǎn)換器由于具有實(shí)現(xiàn)軟切換(零電壓切換(Zero Voltage Switching，ZVS)和零電流切換(Zero Current Switching，ZCS))的固有特征，因而是實(shí)現(xiàn)高效能的適用技術(shù)。此外，在這些電路中可能提高切換頻率以便減少無(wú)功分量的大小。

現(xiàn)今行業(yè)中發(fā)現(xiàn)的通用并廣泛使用的雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器是雙有源電橋(Dual Active Bridge，DAB)和諧振轉(zhuǎn)換器，因?yàn)樗鼈兡軌驅(qū)崿F(xiàn)高效能。

然而，常規(guī)諧振轉(zhuǎn)換器在雙向操作(即，正向和反向模式)方面仍然存在缺點(diǎn)，例如，主要是反向操作模式下的電壓增益特性。此外，如果要使用現(xiàn)有技術(shù)，那么輸出濾波器的低壓側(cè)的高交流電導(dǎo)致濾波器的高功率損耗和大體積。

根據(jù)常規(guī)方案，使用所描述的雙向拓?fù)潆娐罚蛪簜?cè)諧振器件上的電流應(yīng)力較高且折中了轉(zhuǎn)換器的效能。

另外，根據(jù)常規(guī)方案，使用所描述的雙向拓?fù)潆娐凡豢赡軐?shí)現(xiàn)WIWO電壓和高效能。而且，很難獲得有源器件數(shù)目減少的新拓?fù)潆娐?受控半導(dǎo)體)，這些電路要求雙向能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的高可靠性和性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種緩解或解決常規(guī)方案的缺點(diǎn)和問題的概念。

本發(fā)明的另一目的是提供一種用于供電系統(tǒng)中的WIWO電壓應(yīng)用的雙向轉(zhuǎn)換器。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，使用雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器實(shí)現(xiàn)上述及其它目的，所述雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器包括：

第一終端電路，

第二終端電路，

變壓器電路，

連接到所述第一終端電路的第一高壓側(cè)，以及

連接到所述第二終端電路的第二低壓側(cè)；其中：

所述第一高壓側(cè)和所述第二低壓側(cè)通過所述變壓器電路彼此連接，以及

所述第一高壓側(cè)包括連接于所述第一高壓側(cè)的第一電橋電路與所述變壓器電路的高壓側(cè)之間的諧振槽電路。

根據(jù)所述第一方面的一實(shí)施形式，現(xiàn)有轉(zhuǎn)換器的電橋電路可包括有源開關(guān)。

使用根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的轉(zhuǎn)換器，由于至少以下幾點(diǎn)，可實(shí)現(xiàn)輸入和輸出電壓的極高變化、調(diào)壓的窄頻變化、高效能、高功率密度和低成本。由于將諧振槽置于高壓側(cè)，當(dāng)前轉(zhuǎn)換器具有簡(jiǎn)化的且更高效的布局。這也將減小電流應(yīng)力并因此減少所述轉(zhuǎn)換器的損耗。

此外，所述轉(zhuǎn)換器的所述低壓側(cè)中不需要儲(chǔ)能元件，以便獲得ZVS。本發(fā)明的實(shí)施例可在所述轉(zhuǎn)換器的兩個(gè)方向提供ZVS和ZCS。

并且，由于用于低壓側(cè)半導(dǎo)體的同步驅(qū)動(dòng)器的數(shù)量減少以及由于可使用的公共參考，可靠性得以提高。

使用當(dāng)前電路布局還減少了所需的內(nèi)部能耗，與常規(guī)轉(zhuǎn)換器相比，當(dāng)前電路布局將提高根據(jù)本發(fā)明的轉(zhuǎn)換器的效能。

根據(jù)如上所述第一方面的第一實(shí)施形式，所述諧振槽電路包括：第一支路，包括彼此串聯(lián)連接的第一電容C_r1和第一電感L_r1；第二電容C_r2和第二電感L_r2；其中所述第一支路、所述第二電感L_r2以及所述第二電容連接到公共節(jié)點(diǎn)；所述第二電容C_r2連接于所述公共節(jié)點(diǎn)與所述變壓器電路的所述高壓側(cè)的第一端子之間；所述第二電感L_r2連接于所述公共節(jié)點(diǎn)(C)與所述變壓器電路的所述高壓側(cè)的第二端子之間。

這可表示為電容電感-電感電容(Capacitor-Inductor-Inductor-Capacitor，CLLC)類型諧振槽。因此，所需要的高壓側(cè)和低壓側(cè)的有源半導(dǎo)體的數(shù)量減少。

根據(jù)所述第一方面的所述第一實(shí)施形式的第二實(shí)施形式，

所述第一電容C_r1的第一端子形成所述諧振槽電路的第一(連接)端子，

所述第一電容C_r1的第二端子連接到所述第一電感L_r1的第一端子；

所述第一電感L_r1的第二端子連接到所述第二電容C_r2的第一端子以及所述第二電感L_r2的第一端子；

所述第二電感L_r2的第二端子形成所述諧振槽電路的第三(連接)端子；

所述第二電容C_r2的第二端子形成所述諧振槽電路的第二(連接)端子。

根據(jù)所述第一方面的所述第二實(shí)施形式的第三實(shí)施形式，

所述諧振槽電路的所述第一端子和所述諧振槽電路的所述第三端子連接到所述第一電橋電路；以及

所述諧振槽電路的所述第二端子和所述諧振槽電路的所述第三端子連接到所述變壓器電路的所述高壓側(cè)。

根據(jù)所述第一方面的所述第一或第二實(shí)施形式的第四實(shí)施形式，所述第一電橋電路是全橋，所述第二低壓側(cè)包括連接到所述變壓器電路的低壓側(cè)的其它全橋；或所述第一電橋電路是半橋，所述第二低壓側(cè)包括連接到所述變壓器電路的所述低壓側(cè)的推挽電路，所述變壓器電路在其低壓側(cè)上包括第二繞組，其中所述第二繞組包括中心抽頭；或所述第一電橋電路是半橋，所述第二低壓側(cè)包括具有自耦變壓器的推挽電路，所述自耦變壓器連接到所述變壓器電路的所述低壓側(cè)。因此，當(dāng)前諧振槽可添加到不同應(yīng)用的任意轉(zhuǎn)換器拓?fù)渲小?/p>

根據(jù)所述第一方面的所述第四實(shí)施形式的所述第五實(shí)施形式，所述諧振槽電路包括：第一支路，包括彼此串聯(lián)連接的第一電容C_r1和第一電感L_r1；第二支路，包括彼此串聯(lián)連接的第二電感L_r2和第二電容C_r2；第三支路，包括彼此串聯(lián)連接的第三電容C_r3和第三電感L_r3；其中所述第一支路、所述第二支路以及所述第三支路連接到公共節(jié)點(diǎn)(C)；所述第二支路連接于所述公共節(jié)點(diǎn)與所述變壓器電路的所述高壓側(cè)的第一端子之間；所述第三節(jié)點(diǎn)連接于所述公共節(jié)點(diǎn)與所述變壓器電路的所述高壓側(cè)的第二端子之間。這可表示為電感電容-電感電容-電感電容或3LC類型諧振槽。因此，所需要的高壓側(cè)和低壓側(cè)的有源半導(dǎo)體的數(shù)量減少。此外，電壓增益特性大于1，僅使用無(wú)源器件并且升壓和降壓操作模式可行。

根據(jù)所述第一方面的所述第五實(shí)施形式的第六實(shí)施形式，

所述第一電容C_r1的第一端子形成所述諧振槽電路的第一(連接)端子；

所述第一電容C_r1的第二端子連接到所述第一電感L_r1的第一端子；

所述第一電感L_r1的第二端子連接到所述第二電感L_r2的第一端子以及所述第三電感L_r3的第一端子；

所述第二電感L_r2的第二端子連接到所述第二電容C_r2的第一端子；

所述第二電容C_r2的第二端子形成所述諧振槽電路的第二(連接)端子；

所述第三電感L_r3的第二端子連接到所述第三電容C_r3的第一端子；

所述第三電容C_r3的第二端子形成所述諧振槽電路的第三(連接)端子。

根據(jù)所述第一方面的所述第六實(shí)施形式的第七實(shí)施形式，

所述諧振槽電路的所述第一(連接)端子和所述諧振槽電路的所述第三(連接)端子連接到所述第一電橋電路；以及

所述諧振槽電路的所述第二(連接)端子和所述諧振槽電路的所述第三(連接)端子連接到所述變壓器的高壓側(cè)。

根據(jù)所述第一方面的所述第五到第七實(shí)施形式的第八實(shí)施形式，所述第一電橋電路是全橋，所述第二低壓側(cè)包括連接到所述變壓器電路的低壓側(cè)的其它全橋；或所述第一電橋電路是半橋，所述第二低壓側(cè)包括連接到所述變壓器電路的低壓側(cè)的全橋；或所述電橋電路是半橋，所述第二低壓側(cè)包括連接到所述變壓器電路的所述低壓側(cè)的推挽電路，所述變壓器電路在其低壓側(cè)上包括第二繞組，其中所述第二繞組包括中心抽頭；或所述第一電橋電路是半橋，所述第二低壓側(cè)包括具有自耦變壓器的推挽電路，所述自耦變壓器連接到所述變壓器電路的所述低壓側(cè)。因此，當(dāng)前諧振槽電路可添加到不同應(yīng)用的任意轉(zhuǎn)換器拓?fù)渲小?/p>

根據(jù)所述第一方面的所述第五到第八實(shí)施形式的第九實(shí)施形式，所述第一電感L_r1、所述第二電感L_r2和所述第三電感L_r3中的至少兩者在一個(gè)公共磁芯中彼此磁連接。因此，所述諧振槽電路中的器件數(shù)量可減少。

根據(jù)如上所述第一方面或所述第一方面的任一所述實(shí)施形式的第十實(shí)施形式，第二濾波器連接于所述第二終端電路的正極端子和負(fù)極端子之間。因此，可在所述轉(zhuǎn)換器的低壓側(cè)去除噪聲。

根據(jù)如上所述第一方面或所述第一方面的任一所述實(shí)施形式的第十一實(shí)施形式，第一濾波器與所述第一端子和所述第一電橋電路并聯(lián)連接。因此，可在所述轉(zhuǎn)換器的高壓側(cè)去除噪聲。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，使用雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)上述以及其它目的，所述雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)包括根據(jù)所述第一方面或所述第一方面的任一實(shí)施形式的兩個(gè)或更多雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中所述兩個(gè)或更多雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器彼此交織，即，所述雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器以不同的配置彼此連接。

交織是指并行操作兩個(gè)或更多DC-DC轉(zhuǎn)換器以及利用相對(duì)于彼此的相位差來操作每個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器的電橋電路的開關(guān)。因此，交織系統(tǒng)的輸入和輸出中的所產(chǎn)生紋波電流可最小化。

對(duì)于大功率應(yīng)用，優(yōu)選交織兩個(gè)或更多當(dāng)前轉(zhuǎn)換器。此外，交織兩個(gè)或更多轉(zhuǎn)換器減少了當(dāng)使用相移控制時(shí)輸出濾波器所需的電容數(shù)量。還意識(shí)到，當(dāng)前轉(zhuǎn)換器可以本領(lǐng)域所熟知的各種不同的串聯(lián)和并聯(lián)配置進(jìn)行交織。

根據(jù)如上所述第二方面的第一實(shí)施形式，所述兩個(gè)或更多雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述第一高壓側(cè)彼此串聯(lián)連接。

根據(jù)如上所述第二方面或所述第二方面的所述第一實(shí)施形式的第二實(shí)施形式，所述兩個(gè)或更多雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述第一高壓側(cè)彼此并聯(lián)連接。

根據(jù)如上所述第二方面或所述第二方面的所述第一或第二實(shí)施形式的第三實(shí)施形式，所述兩個(gè)或更多雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述第二低壓側(cè)彼此串聯(lián)連接。

根據(jù)如上所述第二方面或所述第二方面的所述第一至第三實(shí)施形式中任一實(shí)施形式的第四實(shí)施形式，所述兩個(gè)或更多雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器的所述第二低壓側(cè)彼此并聯(lián)連接。

本發(fā)明的另一方面涉及電氣電路，所述電氣電路包括兩個(gè)或更多電感以及用于連接到其它電氣電路的兩個(gè)或更多連接節(jié)點(diǎn)(或端子)，其中所述兩個(gè)或更多電感在一個(gè)公共磁芯中彼此磁連接。因此，所述電氣電路中的電感器件的數(shù)量以及制造成本得以減少。

應(yīng)注意，當(dāng)前轉(zhuǎn)換器和系統(tǒng)的更多應(yīng)用和優(yōu)勢(shì)將從下面的詳細(xì)描述中顯而易見。

附圖說明

附圖意在闡明和闡釋本發(fā)明的各項(xiàng)實(shí)施例，其中：

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器；

圖2所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的CLLC雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器；

圖3a和3b所示為如圖2所示的CLLC雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器的正向和反向模式的電壓增益特性；

圖4a至4c所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的其它CLLC雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器；

圖5所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的3LC雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器；

圖6a和6b所示為如圖5所示的3LC雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器的正向和反向模式的電壓增益特性；

圖7a至7c所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的其它3LC雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器；

圖8a和8b所示為兩個(gè)不同的3LC諧振槽，它們可用于如圖5和7a至7c所示的實(shí)施例；

圖9所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括CLLC雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器的雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)；以及

圖10所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的包括3LC雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器的雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。

具體實(shí)施方式

圖1所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器100的簡(jiǎn)化方框圖。參考圖1，雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器100包括高壓(High Voltage，HV)側(cè)107的(第一)HV(例如，連接)終端電路101、低壓(Low Voltage，LV)側(cè)109的(第二)LV(例如，連接)終端電路103、以及變壓器電路105。HV側(cè)107連接到DC-DC轉(zhuǎn)換器100的第一終端電路101，LV側(cè)109連接到DC-DC轉(zhuǎn)換器100的第二終端電路103。

此外，HV側(cè)107和LV側(cè)109通過上述變壓器電路105彼此連接。而且，HV側(cè)107包括連接于HV側(cè)107的第一電橋電路113與變壓器(電路)105的HV側(cè)之間的諧振槽111。轉(zhuǎn)換器100的終端電路101和103以及下文描述的該轉(zhuǎn)換器100不同實(shí)施形式通常包括正極端子(用于施加或提供正電勢(shì))和負(fù)極端子(例如，用于施加或提供負(fù)或GND電勢(shì))。這些正極和負(fù)極端子通常是用于連接到一個(gè)或多個(gè)其它設(shè)備的連接端子。在轉(zhuǎn)換器100的正向(高壓進(jìn)低壓出)上，第一終端電路101形成轉(zhuǎn)換器100的輸入端，第二終端電路103形成轉(zhuǎn)換器100的輸出端。在轉(zhuǎn)換器100的反向(低壓進(jìn)高壓出)上，第二終端電路103形成轉(zhuǎn)換器100的輸入端，第一終端電路101形成轉(zhuǎn)換器100的輸出端。

HV側(cè)和LV側(cè)是指當(dāng)與LV側(cè)相比時(shí)，在HV側(cè)通常施加/提供相對(duì)較高的電壓。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，諧振槽電路111是電容電感-電感電容(Capacitor-Inductor-Inductor-Capacitor，CLLC)類型的。圖2所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的具有CLLC諧振槽111的雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器200。雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器200形成如圖1所示的雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器100的可能實(shí)施形式。

在CLLC雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器200中，圖2中示出了實(shí)施在雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器的HV側(cè)107中的CLLC諧振槽111的示例。該諧振槽電路的特性是實(shí)現(xiàn)正向模式下的WIWO電壓和反向模式下的可接受電壓增益的可能性，以及高效能和高功率密度。

參考圖2，根據(jù)CLLC實(shí)施例的諧振槽電路111包括第一電容C_r1、第一電感L_r1、第二電容C_r2以及第二電感L_r2。

第一電容C_r1的第一端子形成CLLC諧振槽電路111的第一(連接)端子T1。第一電容C_r1的第二端子連接到第一電感L_r1的第一端子。第一電感L_r1的第二端子連接到第二電容C_r2的第一端子以及第二電感L_r2的第一端子。此外，第二電感L_r2的第二端子形成諧振槽電路111的第三(連接)端子T3。第二電容C_r2的第二端子形成CLLC諧振槽電路111的(第二)連接端子T2。

而且，HV側(cè)107包括連接于第一HV終端電路101與諧振槽電路111之間的第一全橋電路113。

諧振槽電路111的第一連接端子T1連接于第一電橋電路113的第三S3與第四S4開關(guān)之間。諧振槽電路111的第三連接端子T3連接于第一電橋電路113的第一S1與第二S2開關(guān)之間。諧振槽電路111的第二連接端子T2連接到變壓器電路105的HV側(cè)的第一端子(例如，第一繞組的第一尾端)，諧振槽電路111的第三連接端子T3連接到變壓器電路105的HV側(cè)的第二端子(例如，第一繞組的第二尾端)。

換言之，根據(jù)本實(shí)施例的CLLC諧振槽電路111包括第一支路，第一支路包括：彼此串聯(lián)連接的第一電容C_r1和第一電感L_r1；第二電容C_r2和第二電感L_r2。第一支路、所述第二電感L_r2和所述第二電容連接到公共節(jié)點(diǎn)C。所述第二電容C_r2連接于所述公共節(jié)點(diǎn)C與所述變壓器電路105的所述高壓側(cè)的第一端子之間。所述第二電感L_r2連接于所述公共節(jié)點(diǎn)C與所述變壓器電路105的所述高壓側(cè)的第二端子之間。

當(dāng)前諧振槽111的不同電容和電感的值取決于特定應(yīng)用。

HV側(cè)107包括連接到第一濾波器117的第一和第二端子的第一終端電路101，在該特定示例中，第一濾波器117實(shí)施為電容C_HV。詳細(xì)來說，第一濾波器117連接于第一終端電路101的正極端子與負(fù)極端子之間。

第一濾波器117的第一和第二端子依次分別連接到全橋電路113的正極端子和負(fù)極端子。全橋電路113包括開關(guān)S1、S2、S3和S4，在本示例中，開關(guān)S1、S2、S3和S4實(shí)施為N溝道Mosfet晶體管。然而，開關(guān)的其它實(shí)施方式也是可能的(例如，絕緣柵極雙極型晶體管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)；金屬氧化物硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Metal Oxide Silicon Field Effect Transistor，MOSFET)；結(jié)型柵極場(chǎng)效應(yīng)晶體管(Junction Gate Field-Effect Transistor，JFET)；門極可關(guān)斷晶閘管(Gate Turn-off Thyristor，GTO))。

HV側(cè)的全橋電路113的所提及開關(guān)S1、S2、S3和S4之后是上述CLLC諧振槽電路111，CLLC諧振槽電路111轉(zhuǎn)而被連接到變壓器電路105的HV側(cè)。變壓器電路105與轉(zhuǎn)換器設(shè)備200的HV側(cè)107和LV側(cè)109磁連接。

此外，變壓器(電路)105的LV側(cè)(例如，第二繞組的尾端)的第一和第二端子連接到LV側(cè)109的第二全橋電路115。第二全橋電路115包括第一Sr₁、第二Sr₂、第三Sr₃和第四Sr₄開關(guān)。第二全橋電路115的正極和負(fù)極連接端子連接到LV側(cè)109的第二濾波器119的第一和第二端子，在本示例中，第二濾波器119實(shí)施為電容C_LV。最后，第二濾波器119的第一和第二端子連接到當(dāng)前DC-DC轉(zhuǎn)換器200的第二終端電路103。詳細(xì)來說，第一濾波器117連接于第二終端電路103的正極端子與負(fù)極端子之間。

圖2中該特定實(shí)施例的正向(在圖3a中示出)和反向模式(在圖3b中示出)兩者的電壓增益特性在圖3a和3b中示出。

y軸表示電壓，x軸表示頻率。如圖3a和3b的曲線圖中可見，諧振槽的固有諧振頻率在兩個(gè)方向上相等。在反向模式中，電壓增益特性是有限的且極大程度上取決于質(zhì)量因素Q，質(zhì)量因素Q取決于諧振槽電路111中器件的值(在圖3a和3b中示出了Q＝10、2以及0.1)。然而，這是一個(gè)有關(guān)設(shè)計(jì)的問題并將取決于應(yīng)用和諧振槽的器件(參數(shù))值的選擇。

基于上述轉(zhuǎn)換器的LV側(cè)107的配置，雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器的不同拓?fù)鋵?shí)施形式是可能的，這些拓?fù)鋵?shí)施形式在圖4a至4c中示出。這些實(shí)施形式涉及第一電橋電路113和第二電橋電路105各自的配置。

在圖4a所示的轉(zhuǎn)換器210中，HV側(cè)107中的第一電橋電路113實(shí)施為半橋(Half Bridge，HB)電路，LV側(cè)109中的第二電橋電路115實(shí)施為全橋(Full Bridge，F(xiàn)B)電路。

圖4a中HV側(cè)107中的HB電路113包括第一S1和第二S2開關(guān)；第一CB1和第二CB2電容(當(dāng)?shù)谝浑姌螂娐肪哂性揌B配置時(shí)，CB1和CB2在某些應(yīng)用中可為諧振槽電路的一部分)；以及第一Dc1和第二Dc2鉗位二極管。諧振槽電路111的第一連接端子T1連接于第一電容CB1和第二電容CB2的串聯(lián)連接之間，其中第一電容CB1與第一鉗位二極管Dc1并聯(lián)，第二電容CB2與第二鉗位二極管Dc2并聯(lián)。諧振槽電路111的第三連接端子T3連接于第一開關(guān)S1和第二開關(guān)S2的串聯(lián)連接之間。

圖4a中LV側(cè)109中的FB電路以與上述圖2中的FB電路相同的方式配置。

在如圖4b所示的轉(zhuǎn)換器220中，HV側(cè)107中的第一電橋電路113實(shí)施為半橋電路(如圖4a中的半橋電路)。此外，轉(zhuǎn)換器220的LV側(cè)107包括推挽式自耦變壓器電路116，而非電橋電路。

圖4b中LV側(cè)中的PP自耦變壓器電路116包括開關(guān)Sr1、Sr2以及自耦變壓器123。自耦變壓器123具有共用一個(gè)公共芯的雙繞組(第一和第二繞組)。第一繞組連接到第一開關(guān)Sr1，第二繞組連接到第二開關(guān)Sr2。自耦變壓器123的中點(diǎn)連接到LV側(cè)的正極端子。Sr1和Sr2的公共點(diǎn)連接到LV側(cè)的負(fù)極端子。此外，變壓器105的LV側(cè)的第一端子(例如，第二繞組的第一尾端)連接于自耦變壓器123的第一繞組與第一開關(guān)Sr1之間。變壓器105的LV側(cè)的第二端子(例如，第二繞組的第二尾端)連接于自耦變壓器123的第二繞組與第二開關(guān)Sr2之間。

在圖4c所示的轉(zhuǎn)換器230中，第一電橋電路113實(shí)施為HB電路。此外，轉(zhuǎn)換器230在其LV側(cè)包括推挽(Push Pull，PP)電路118。PP電路118包括第一開關(guān)Sr1和第二開關(guān)Sr2。在圖4c中所示實(shí)施例中，第一開關(guān)Sr1和第二開關(guān)Sr2示例性地實(shí)施為N溝道Mosfet。變壓器電路105實(shí)施為在HV側(cè)上包括第一繞組的變壓器，其中第一繞組的第一尾端連接到諧振槽電路111的第二端子T2，第二尾端連接到諧振槽電路111的第三端子T3。此外，變壓側(cè)在LV側(cè)上包括具有第一尾端、中心抽頭以及第二尾端的第二繞組。第一開關(guān)Sr1的第一端子(例如，漏極端子)連接到第二繞組的第二尾端。第二開關(guān)Sr2的第一端子(例如，漏極端子)連接到第二繞組的第一尾端。第一開關(guān)Sr1和第二開關(guān)Sr2的第二端子(例如，源極端子)一起連接到第二終端電路103的負(fù)極端子。此外，變壓器的中心抽頭連接到第二終端電路103的正極端子。第二濾波器C_LV連接于第二終端電路103的負(fù)極和正極端子之間。

根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例，槽電路111是三電感電容類型，即，電感電容-電感電容-電感電容，在本發(fā)明中表示為3LC。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的實(shí)施在雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器300的HV側(cè)107中的這種3LC諧振槽111，這形成轉(zhuǎn)換器100的可能實(shí)施形式。該諧振槽電路111的特性是實(shí)現(xiàn)反向模式下的適當(dāng)電壓增益的可能性，以及高效能和高功率密度。另一重要效果是可以實(shí)現(xiàn)頻率變化非常窄的WIWO電壓范圍。

圖5中從左起，HV側(cè)107包括HV側(cè)的第一終端電路101，第一終端電路101連接到第一濾波器117的第一和第二端子，在本示例中，第一濾波器117實(shí)施為電容C_HV。第一濾波器117的第一和第二端子依次連接到如上所述的FB電路113的正極端子和負(fù)極端子。HV側(cè)的FB電路113的所提及開關(guān)S1、S2、S3和S4之后是3LC諧振槽電路111。FB電路連接到諧振槽電路111的連接端子T1和T3。此外，諧振槽電路111通過連接端子T2和T3連接到變壓器電路105的LV側(cè)。變壓器電路105將當(dāng)前轉(zhuǎn)換器300的HV側(cè)107和LV側(cè)109磁連接。

在圖5所示的示例中，轉(zhuǎn)換器300的LV側(cè)109實(shí)施為推挽電路118(包括與具有第二繞組的變壓器電路105組合的開關(guān)Sr₁、Sr₂，其中第二繞組具有中心抽頭(如圖4c所示))。因此，轉(zhuǎn)換器300與轉(zhuǎn)換器230的不同之處在于，轉(zhuǎn)換器300中的諧振槽電路111實(shí)施為3LC諧振槽。

或者，在LV側(cè)109上使用推挽式自耦變壓器電路116的實(shí)施方式也是可能的(如圖4b所示)。

圖8a所示為一種提出的在本發(fā)明實(shí)施例中使用的3LC諧振槽111配置，包括第一電容C_r1、第一電感L_r1、第二電感L_r2、第二電容C_r2、第三電感L_r3以及第三電容C_r3。第一電容C_r1的第一端子形成3LC諧振槽電路111的第一連接端子T1。第一電容C_r1的第二端子連接到第一電感L_r1的第一端子。第一電感L_r1的第二端子連接到第二電感L_r2的第一端子以及第三電感L_r3的第一端子。第二電感L_r2的第二端子連接到第二電容C_r2的第一端子。第二電容C_r2的第二端子形成諧振槽電路111的第二連接端子T2。第三電感L_r3的第二端子連接到第三電容C_r3的第一端子。第三電容C_r3的第二端子形成諧振槽電路111的第三連接端子T3。如從圖8a可以看出，三個(gè)電感L_r1、L_r2、L_r3都連接到公共節(jié)點(diǎn)C。

換言之，圖8a所示的提出的3LC諧振槽配置包括：第一支路，包括彼此串聯(lián)連接的第一電容C_r1和第一電感L_r1；第二支路，包括第二電感L_r2、第二電容C_r2；第三支路，包括彼此串聯(lián)連接的第三電容C_r3和第三電感L_r3。第一支路與第二支路串聯(lián)連接，第三支路連接于第一支路和第二支路的公共節(jié)點(diǎn)C與諧振槽電路111的第三端子T3之間。諧振槽電路111的第二端子T2和第三端子T3將連接到變壓器電路105的高壓側(cè)。當(dāng)前諧振槽111的不同電容和電感的值取決于特定應(yīng)用。

該諧振槽111的特征是獨(dú)特的，因?yàn)槠涫箖蓚€(gè)方向上的電壓增益都增大為大于1，這是在諧振頻率下獲得的增益。該特征使實(shí)現(xiàn)WIWO電壓變化成為可能。

如圖5所示的3LC雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器300的正向和反向模式兩者的電壓增益特性在圖6a(正向模式)和6b(反向模式)中示出。y軸表示電壓，x軸表示頻率。如圖6a和6b的曲線圖中可見，槽的固有諧振頻率在兩個(gè)方向上相等。并聯(lián)LC網(wǎng)絡(luò)(L_r3和C_r3)產(chǎn)生的效應(yīng)使增益從0驟然變?yōu)闊o(wú)窮大。最終值取決于質(zhì)量因素Q(在圖6a和6b中示出了Q＝10、2、0.1)。這帶來高增益，但同樣重要的是要提到該轉(zhuǎn)換器的特性在兩個(gè)方向上均與標(biāo)準(zhǔn)LLC諧振槽相同。這保證轉(zhuǎn)換器在正向和反向模式下都將一直在最佳的功率傳輸點(diǎn)工作。

在圖8b中示出了使用諧振槽電路111的使用相同磁芯的第一L_r1和第二L_r2電感的磁集成。這簡(jiǎn)化了當(dāng)前轉(zhuǎn)換器的3LC諧振槽電路111的構(gòu)造，并減少了器件的數(shù)量。然而，諧振槽電路111的所有電感可集成在單個(gè)磁性器件中。因此，本發(fā)明的實(shí)施例還涉及電氣電路111，電氣電路111包括兩個(gè)或更多電感以及用于連接到其它電氣電路的兩個(gè)或更多連接節(jié)點(diǎn)，其中這兩個(gè)或更多電感在一個(gè)公共磁芯中彼此磁連接。當(dāng)前電氣電路111還可在使用兩個(gè)或更多電感的其它應(yīng)用中使用。

基于3LC諧振槽111，得到圖7a至7c中示出的根據(jù)本發(fā)明其它實(shí)施例的不同轉(zhuǎn)換器拓?fù)潆娐?除圖5所示的電路之外)。

圖7a至7c中的FB、HB和PP電路以與圖2、4a、4b所示實(shí)施例中的FB、HB和PP電路相同的方式配置。與圖2所示的實(shí)施方式一樣，圖7a所示為電橋電路113、115的全橋-全橋?qū)嵤┓绞?。與圖4a所示的實(shí)施方式一樣，圖7b所示為電橋電路113、115的半橋-全橋?qū)嵤┓绞?。與圖4b所示的實(shí)施方式一樣，圖7c所示為電橋電路113和LV側(cè)109的具有自耦變壓器的半橋-推挽電路實(shí)施方式。

對(duì)于高功率應(yīng)用，優(yōu)選交織本發(fā)明實(shí)施例的兩個(gè)或更多DC-DC轉(zhuǎn)換器，以便獲得雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)。

例如，一種可能的配置是具有DC-DC轉(zhuǎn)換器的HV側(cè)107a，107b，……，107n的串聯(lián)連接以及DC-DC轉(zhuǎn)換器的LV側(cè)109a、109b、109n的并聯(lián)連接。該配置設(shè)置在圖9和10的系統(tǒng)中分別示出。單個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器可為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的任何類型。

系統(tǒng)1000的單獨(dú)轉(zhuǎn)換器的連接的其它配置是：在HV側(cè)107中并聯(lián)，在LV側(cè)109中串聯(lián)；在HV側(cè)107中串聯(lián)，在LV側(cè)109中串聯(lián)；以及在HV側(cè)107中并聯(lián)，在LV側(cè)109中并聯(lián)。

圖9所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)900，其中系統(tǒng)900中各個(gè)DC-DC轉(zhuǎn)換器的諧振槽電路111為如上說明的CLLC類型。詳細(xì)來說，圖9所示為如圖2所示的多個(gè)轉(zhuǎn)換器200的交織。在該系統(tǒng)900中，轉(zhuǎn)換器的HV側(cè)107a……107n串聯(lián)連接于系統(tǒng)900的正極HV端子與負(fù)極HV端子之間。轉(zhuǎn)換器的LV側(cè)109a……109n并聯(lián)連接到系統(tǒng)900的正極LV端子和負(fù)極LV端子。

圖10所示為根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的DC-DC轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)1000，其中系統(tǒng)1000中各個(gè)轉(zhuǎn)換器的諧振槽電路111為如上說明的3LC類型。詳細(xì)來說，圖10所示為如圖5所示的多個(gè)轉(zhuǎn)換器300的交織。在該系統(tǒng)1000中，轉(zhuǎn)換器的HV側(cè)107a……107n串聯(lián)連接于系統(tǒng)1000的正極HV端子與負(fù)極HV端子之間。轉(zhuǎn)換器的LV側(cè)109a……109n并聯(lián)連接到系統(tǒng)1000的正極LV端子和負(fù)極LV端子。

盡管圖9和10中的示例示出了DC-DC轉(zhuǎn)換器200和300的交織，但其它實(shí)施例也包括交織本文檔中介紹的其它DC-DC轉(zhuǎn)換器(其形式也為DC-DC轉(zhuǎn)換器100的通用形式)。

最后，應(yīng)了解，本發(fā)明并不局限于上述實(shí)施例，而是同時(shí)涉及且并入所附獨(dú)立權(quán)利要求書的范圍內(nèi)的所有實(shí)施例。