一种直流变换器电路及电动车辆的制作方法

1.本技术涉及电动设备技术领域，具体而言，涉及一种直流变换器电路及电动车辆。


背景技术：

2.目前，新能源电动汽车分类中，如按整车电压平台区分，可分为低压平台和高压平台新能源汽车。在同样输出功率的情况下，低压平台电流较大，整车线束较粗，成本较高；高压平台电流较小，整车线束变细，重量降低，成本下降，因此整车电压平台高压化是新能源汽车发展的趋势之一。低压平台车型通常动力电池的电压范围为150v-500v，高压平台车型电压范围一般为500v-1000v。由此可知，高压平台车型电压比低压车型增大一倍，相应主功率的电流减小一倍，产品运行铜损耗下降大约四倍，提高能量转换效率，可进一步提升续航。针对当前整车各控制或执行部件，主功率电路拓扑输出环路稳定性和响应速度，存在固有的工作范围，而且需要取两者性能的平衡，通常情况下调控范围较窄；再者功率元器件上下工作极限参数也存在器件的固有范围，超过此范围工作，器件的性能将严重下滑，甚至无法工作或直接损坏，比如工作电压超出器件极限参数，极大增加器件的失效概率，所以当前产品通常适用于低压平台或者高压平台车型，无法实现高低压平台超宽范围运行。因此，整车各部件需要开发两款功能相同，仅工作电压不同的产品，分别适用于高压平台车型和低压平台车型，造成开发经费的重复投入。
3.现有技术中，为了适用高低压平台车型，整车高压各部件开发设计两款功能相同、仅工作电压不同的产品。针对dcdc变换器产品软件开发验证周期，通常为一两年。开发两款功能相同的产品，人力物力，开发标定试验费用均需按照两倍预算投入，开发成本高且开发周期长。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种直流变换器电路及电动车辆，该直流变换器电路可以兼容高低压平台车型，实现降低开发成本和缩短开发周期的技术效果。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种直流变换器电路，包括前级升压boost模块和后级全桥倍流同步整流模块；所述前级升压boost模块包括输入电压、储能电感、第一功率mos管、第二功率mos管和母线电容，所述输入电压、所述储能电感、所述第一功率mos管和所述母线电容依次连接，组成升压回路；所述第二功率mos管的一端连接于所述储能电感、所述第一功率mos管之间，所述第二功率mos管的另一端连接于所述输入电压、所述母线电容之间；所述后级全桥倍流同步整流模块包括后级整流电流子模块、主功率变压器和同步整流输出子模块，所述后级整流电流子模块分别与所述母线电容、所述主功率变压器连接，所述主功率变压器与所述同步整流输出子模块连接。
6.进一步地，所述后级整流电流子模块包括四个原边功率mos管：第一原边功率mos管、第二原边功率mos管、第三原边功率mos管和第四原边功率mos管，所述第一原边功率mos
管和所述第二原边功率mos管串联，所述第三原边功率mos管和所述第四原边功率mos管串联。
7.进一步地，所述第一原边功率mos管、所述第二原边功率mos管分别与所述母线电容连接，所述第三原边功率mos管、所述第四原边功率mos管分别与所述母线电容连接。
8.进一步地，所述主功率变压器包括原边线圈，所述原边线圈的一端连接于所述第一原边功率mos管和所述第二原边功率mos管之间，所述原边线圈的另一端连接于所述第三原边功率mos管和所述第四原边功率mos管之间。
9.进一步地，所述后级整流电流子模块还包括谐振电感，所述原边线圈的一端通过所述谐振电感连接所述第一原边功率mos管、所述第二原边功率mos管。
10.进一步地，所述后级整流电流子模块还包括谐振电容，所述原边线圈的另一端通过所述谐振电容连接所述第三原边功率mos管、所述第四原边功率mos管。
11.进一步地，所述同步整流输出子模块包括两个同步整流功率mos管：第一同步整流功率mos管和第二同步整流功率mos管，所述第一同步整流功率mos管和所述第二同步整流功率mos管串联，且所述第一同步整流功率mos管、所述第二同步整流功率mos管分别连接所述主功率变压器的副边线圈。
12.进一步地，所述同步整流输出子模块还包括第一续流电感和第二续流电感，所述第一续流电感连接于所述主功率变压器的副边线圈的一端，所述第二续流电感连接于所述主功率变压器的副边线圈的另一端。
13.进一步地，所述同步整流输出子模块还包括输出滤波电容，所述输出滤波电容的一端连接于所述第一续流电感和所述第二续流电感之间，所述输出滤波电容的另一端连接于所述第一同步整流功率mos管和所述第二同步整流功率mos管之间。
14.在上述实现过程中，该直流变换器电路设置有前级升压boost模块和后级全桥倍流同步整流模块，其中前级升压boost模块中在第二功率mos管导通、第一功率mos管关闭时输入电压、储能电感、第二功率mos管构成储能回路，在第一功率mos管导通，第二功率mos管关闭时，输入电压、储能电感、第一功率mos管、母线电容构成升压回路，储能电感中的能量逐步释放，叠加到输入电压，从而提高输出电压；经过后级全桥倍流同步整流模块中整流电流子模块、主功率变压器和同步整流输出子模块的转换配合，从而实现输入电压超宽范围工作，兼容高低压平台车型，减少重复开发；在同等功率输出工况下，前级升压boost模块的升压作用，提高直流变换器的电压，从而减小电流、减小损耗，提升整体直流变换器的输出效率；因此，该直流变换器电路可实现跨电压平台工作，兼容高低压平台车型，实现降低开发成本和缩短开发周期的技术效果。
15.第二方面，本技术实施例提供了一种电动车辆，包括如第一方面任一项所述的直流变换器电路。
16.本技术公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本技术公开的上述技术即可得知。
17.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
18.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
19.图1为本技术实施例提供的直流变换器电路的示意图。
具体实施方式
20.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本技术的范围，而是仅仅表示本技术的选定实施例。基于本技术的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
21.在本技术中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本技术及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
22.并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本技术中的具体含义。
23.此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或点连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的联通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本技术中的具体含义。
24.此外，术语“第一”、“第二”等主要是用于区分不同的装置、元件或组成部分（具体的种类和构造可能相同也可能不同），并非用于表明或暗示所指示装置、元件或组成部分的相对重要性和数量。除非另有说明，“多个”的含义为两个或两个以上。
25.本技术实施例提供了一种直流变换器电路及电动车辆，可以应用于高低压平台车型的开发中；该直流变换器电路设置有前级升压boost模块和后级全桥倍流同步整流模块，其中前级升压boost模块中在第二功率mos管导通、第一功率mos管关闭时输入电压、储能电感、第二功率mos管构成储能回路，在第一功率mos管导通，第二功率mos管关闭时，输入电压、储能电感、第一功率mos管、母线电容构成升压回路，储能电感中的能量逐步释放，叠加到输入电压，从而提高输出电压；经过后级全桥倍流同步整流模块中整流电流子模块、主功率变压器和同步整流输出子模块的转换配合，从而实现输入电压超宽范围工作，兼容高低压平台车型，减少重复开发；在同等功率输出工况下，前级升压boost模块的升压作用，提高直流变换器的电压，从而减小电流、减小损耗，提升整体直流变换器的输出效率；因此，该直流变换器电路可实现跨电压平台工作，兼容高低压平台车型，实现降低开发成本和缩短开发周期的技术效果。
26.请参见图1，图1为本技术实施例提供的直流变换器电路的示意图，该直流变换器电路包括前级升压boost模块和后级全桥倍流同步整流模块。
27.示例性地，前级升压boost模块包括输入电压v
in
、储能电感l、第一功率mos管s1、第二功率mos管s2和母线电容cin，输入电压vin、储能电感l、第一功率mos管s1和母线电容cin依次连接，组成升压回路；第二功率mos管s2的一端连接于储能电感l、第一功率mos管s1之间，第二功率mos管s2的另一端连接于输入电压vin、母线电容cin之间；后级全桥倍流同步整流模块包括后级整流电流子模块、主功率变压器和同步整流输出子模块，后级整流电流子模块分别与母线电容cin、主功率变压器连接，主功率变压器与同步整流输出子模块连接。
28.示例性地，u
ab
表示为谐振电感l1和谐振电容c1两端之间的电压；i1表示为通过谐振电感l1的电流。
29.示例性地，后级整流电流子模块包括四个原边功率mos管：第一原边功率mos管q1、第二原边功率mos管q2、第三原边功率mos管q3和第四原边功率mos管q4，第一原边功率mos管q1和第二原边功率mos管q2串联，第三原边功率mos管q3和第四原边功率mos管q4串联。
30.示例性地，第一原边功率mos管q1、第二原边功率mos管q2分别与母线电容cin连接，第三原边功率mos管q3、第四原边功率mos管q4分别与母线电容cin连接。
31.示例性地，主功率变压器包括原边线圈lp，原边线圈lp的一端连接于第一原边功率mos管q1和第二原边功率mos管q2之间，原边线圈lp的另一端连接于第三原边功率mos管q3和第四原边功率mos管q4之间。
32.示例性地，后级整流电流子模块还包括谐振电感l1，原边线圈lp的一端通过谐振电感l1连接第一原边功率mos管q1、第二原边功率mos管q2。
33.示例性地，后级整流电流子模块还包括谐振电容c1，原边线圈lp的另一端通过谐振电容c1连接第三原边功率mos管q3、第四原边功率mos管q4。
34.示例性地，同步整流输出子模块包括两个同步整流功率mos管：第一同步整流功率mos管q5和第二同步整流功率mos管q6，第一同步整流功率mos管q5和第二同步整流功率mos管q6串联，且第一同步整流功率mos管q5、第二同步整流功率mos管q6分别连接主功率变压器的副边线圈ls。
35.示例性地，同步整流输出子模块还包括第一续流电感l2和第二续流电感l3，第一续流电感l2连接于主功率变压器的副边线圈ls的一端，第二续流电感l3连接于主功率变压器的副边线圈ls的另一端。
36.示例性地，同步整流输出子模块还包括输出滤波电容c2，输出滤波电容c2的一端连接于第一续流电感l2和第二续流电感l3之间，输出滤波电容c2的另一端连接于第一同步整流功率mos管q5和第二同步整流功率mos管q6之间。
37.示例性地，本技术提出的直流变换器电路，是一种超宽范围直流变换器方案设计，可兼容适应于高低压平台车型，开发成本和周期显著下降；此方案中包含前级升压boost模块和后级全桥倍流同步整流模块，vin是设计方案的输入电压，即电路方案工作电压范围，l是升压电路的储能电感，s1是续流功率mos管（第一功率mos管），s2为储能通路的功率mos管（第二功率mos管），cin为母线电容，用于稳定母线的电压值和滤除纹波。q1-q4为后级整流电流的原边功率mos管，l1为谐振电感，c1是谐振电容或隔直电容，lp和ls是主功率变压器
的原边线圈及副边线圈，起到高低压隔离和降压的作用；q5-q6是同步整流功率mos管，l2和l3是续流电感，用于平波和储能，c2是输出滤波电容；在一些实施方式中，本技术提出的超宽工作范围直流变换器设计方案，其工作原理是第二功率mos管s2导通、第一功率mos管s1关闭时vin-l-s2构成储能回路，第一功率mos管s1导通、第二功率mos管s2关闭时，vin-l-s1-cin构成升压回路，储能电感中的能量逐步释放，叠加到输入电压，提高输出电压。注意第一功率mos管s1和第二功率mos管s2的开通与关闭互补，不允许同时导通，否则将引起短路，损坏功率mos管。稳定的cin母线电压作为后级电路的输入电压，经过全桥变换，直流转换成交流，通过变压器再转换成磁能，即电生磁，磁生电的转换过程；第一原边功率mos管q1/第四原边功率mos管q4导通、第二原边功率mos管q2/第三原边功率mos管q3关闭时，原边cin-q1-l1-lp-c1-q4组成电流回路，副边ls-l2-c2-q5形成回路，为负载供电。第二原边功率mos管q2/第三原边功率mos管q3导通、第一原边功率mos管q1/第四原边功率mos管q4关闭时，原边cin-q3-c1-lp-l1-q2构成回路，副边ls-l3-c2-q6形成负载供电回路。控制算法设计时需禁止同一桥臂同时导通，否则将造成短路，损坏功率主电路，并且需要设计合适的死区时间；从而，经过前级升压boost模块和后级全桥倍流同步整流模块的转换配合，实现输入电压超宽范围工作，兼容高低压平台车型，减少重复开发；同等功率输出工况下，前级电路的升压作用，提高直流变换器的电压，从而减小电流，根据耗散功率计算公式i2r，减小损耗，提升整体直流变换器的输出效率。对于大功率的直流变换器，还可使用交错并联升压电路，分流利于器件选型，降低半导体器件bom（bill of material，物料清单）成本。其中，针对交错并联电路，储能电感可绕制同一铁芯上，减小体积，降低漏磁，改善emc（electro magnetic compatibility，电磁兼容性）性能。
38.可选地，直流变换器电路中的前级电路的控制方式通常为占空比调制法，根据设计电路参数可计算出目标增益的频率点，采样母线电压闭环调制占空比数值，控制输出母线电压，负载的变换引起母线电压的波动，占空比实时进行微小范围调节，稳定输出母线电压；直流变换器电路中的后级同步整流电路通常采用变频控制法，改变频率，增益随之变化，输出电压进行微调，达到当前车型的目标电压。因此，本技术提出的直流变换器方案可实现跨电压平台工作，兼容高低压平台车型。
39.在一些实施场景中，本技术实施例提供的直流变换器电路，是超宽范围电压平台直流变换器方案，兼容低压平台和高压平台车型，一款产品开发可兼容多款车型，工作电压范围横跨低压段和高压段。传统零部件开发设计通常根据车型的电压范围进行匹配设计，复用性较差，导致零部件重复开发。以整车电压范围分类，分为500v以下低压平台车型，500v以上高压平台车型。零部件的开发受到电路拓扑参数的调制限制，以及功率开关管工作极限电压应力的制约，导致零部件无法跨电压平台工作。本技术提出的超宽范围电压平台直流变换器方案，打破高低压平台壁垒，兼容高低压平台车型，减少重复开发工作，降低开发成本。
40.需要注意的是，本技术实施例提供的直流变换器方案，对其进行电路仿真验证是必不可少的，可减少设计上的错误，匹配合适的电路参数。在仿真过程中，控制算法可使用脉冲发生器代替，验证参数的合理和稳定性；
此外，本技术实施例提供的超宽范围电压平台直流变换器方案，拓扑不仅仅是上述的一种形式，前级升压电路可以是交错并联功率因数校正器、无桥功率因数校正器，后级电路可以是全桥、半桥、倍流整流或者是中心抽头电路，形式可多样。在实际应用过程中，可根据整车实际情况灵活应用。高压零部件开发，可以借鉴前后级电路的思想进行跨电压平台开发，降低开发成本。
41.示例性地，本技术实施例提供了一种电动车辆，包括如图1所示的直流变换器电路。
42.在本技术所有实施例中，“大”、“小”是相对而言的，“多”、“少”是相对而言的，“上”、“下”是相对而言的，对此类相对用语的表述方式，本技术实施例不再多加赘述。
43.应理解，说明书通篇中提到的“在本实施例中”、“本技术实施例中”或“作为一种可选的实施方式”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本技术的至少一个实施例中。因此，在整个说明书各处出现的“在本实施例中”、“本技术实施例中”或“作为一种可选的实施方式”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定特征、结构或特性可以以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本技术所必须的。
44.在本技术的各种实施例中，应理解，上述各过程的序号的大小并不意味着执行顺序的必然先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本技术实施例的实施过程构成任何限定。
45.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应与权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种直流变换器电路，其特征在于，包括前级升压boost模块和后级全桥倍流同步整流模块；所述前级升压boost模块包括输入电压、储能电感、第一功率mos管、第二功率mos管和母线电容，所述输入电压、所述储能电感、所述第一功率mos管和所述母线电容依次连接，组成升压回路；所述第二功率mos管的一端连接于所述储能电感、所述第一功率mos管之间，所述第二功率mos管的另一端连接于所述输入电压、所述母线电容之间；所述后级全桥倍流同步整流模块包括后级整流电流子模块、主功率变压器和同步整流输出子模块，所述后级整流电流子模块分别与所述母线电容、所述主功率变压器连接，所述主功率变压器与所述同步整流输出子模块连接；所述后级整流电流子模块包括四个原边功率mos管：第一原边功率mos管、第二原边功率mos管、第三原边功率mos管和第四原边功率mos管，所述第一原边功率mos管和所述第二原边功率mos管串联，所述第三原边功率mos管和所述第四原边功率mos管串联。2.根据权利要求1所述的直流变换器电路，其特征在于，所述第一原边功率mos管、所述第二原边功率mos管分别与所述母线电容连接，所述第三原边功率mos管、所述第四原边功率mos管分别与所述母线电容连接。3.根据权利要求2所述的直流变换器电路，其特征在于，所述主功率变压器包括原边线圈，所述原边线圈的一端连接于所述第一原边功率mos管和所述第二原边功率mos管之间，所述原边线圈的另一端连接于所述第三原边功率mos管和所述第四原边功率mos管之间。4.根据权利要求3所述的直流变换器电路，其特征在于，所述后级整流电流子模块还包括谐振电感，所述原边线圈的一端通过所述谐振电感连接所述第一原边功率mos管、所述第二原边功率mos管。5.根据权利要求3或4所述的直流变换器电路，其特征在于，所述后级整流电流子模块还包括谐振电容，所述原边线圈的另一端通过所述谐振电容连接所述第三原边功率mos管、所述第四原边功率mos管。6.根据权利要求1所述的直流变换器电路，其特征在于，所述同步整流输出子模块包括两个同步整流功率mos管：第一同步整流功率mos管和第二同步整流功率mos管，所述第一同步整流功率mos管和所述第二同步整流功率mos管串联，且所述第一同步整流功率mos管、所述第二同步整流功率mos管分别连接所述主功率变压器的副边线圈。7.根据权利要求6所述的直流变换器电路，其特征在于，所述同步整流输出子模块还包括第一续流电感和第二续流电感，所述第一续流电感连接于所述主功率变压器的副边线圈的一端，所述第二续流电感连接于所述主功率变压器的副边线圈的另一端。8.根据权利要求7所述的直流变换器电路，其特征在于，所述同步整流输出子模块还包括输出滤波电容，所述输出滤波电容的一端连接于所述第一续流电感和所述第二续流电感之间，所述输出滤波电容的另一端连接于所述第一同步整流功率mos管和所述第二同步整流功率mos管之间。9.一种电动车辆，其特征在于，包括如权利要求1至权利要求8任一项所述的直流变换器电路。

技术总结
本申请实施例提供一种直流变换器电路及电动车辆，涉及电动设备技术领域。该直流变换器电路包括前级升压BOOST模块和后级全桥倍流同步整流模块；前级升压BOOST模块包括输入电压、储能电感、第一功率MOS管、第二功率MOS管和母线电容，输入电压、储能电感、第一功率MOS管和母线电容依次连接，组成升压回路；第二功率MOS管的一端连接于储能电感、第一功率MOS管之间，第二功率MOS管的另一端连接于输入电压、母线电容之间；后级全桥倍流同步整流模块包括后级整流电流子模块、主功率变压器和同步整流输出子模块，后级整流电流子模块分别与母线电容、主功率变压器连接，主功率变压器与同步整流输出子模块连接。流输出子模块连接。流输出子模块连接。


技术研发人员：黎明 彭嵩 张雪冰 喻皓
受保护的技术使用者：广汽埃安新能源汽车股份有限公司
技术研发日：2023.06.12
技术公布日：2023/7/18