一种直流变换器、控制方法、电子设备和车辆与流程

1.本技术涉及新能源汽车技术领域，具体而言，涉及一种直流变换器、控制方法、电子设备和车辆。


背景技术：

2.直流变换器作为新能源汽车的重要高压零部件，把动力电池的高压转换成合适的目标电压，为整车所有低压控制单元供电。高压零部件的工作电压范围与整车网络平台电压范围息息相关。为了降低开发成本，提高效率和缩短充电时间，整车电压平台高压化是新能源汽车发展的趋势之一。当前直流变换器方案通常为全桥或半桥倍流同步整流电路和全桥或半桥中心抽头式同步整流电路，动力电池的电压经过原边电路转换成高频交流电，产生高频磁场，通过隔离变压器等比例向副边传递电能，经过副边电路的同步整流电路得到12v或24v或其他特殊指令的目标电压，给整车各个低压控制单元提供电源。在整车高压平台趋势的背景下，若使用同样的直流变换器方案，原边功率器件器件必须更换成极限耐高压版本器件，滤波电容也需更换成高压电容，否则将无法承受高压动力电池的高压，击穿元器件导致损坏。同一高压零部件，较于低压平台车型，功率器件器件和滤波耐压电容成本显著提高，整车成本增加，经济收益下降。因此，上述提到的同步整流直流变换器方案适用于低压平台车型。
3.随着新能源汽车高压化发展趋势，现有的直流变换器方案技术运用于高压平台车型，功率器件和耐压电容等元器件均需要提高耐压等级，这将较大幅度提高成本，整车销售经济效益下降。


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、控制方法、电子设备和车辆，针对高压平台车型，可继续使用原来低压平台直流变换器方案中的功率器件和滤波电容等耐压元器件，无需提高其极限耐压值，还可实现隔离变压器漏感磁能的续流，降低变压器因漏感磁能积累转换的部分热能，提高输入输出的整体效率。
5.第一方面，本技术实施例提供了一种直流变换器，包括：变压器、功率变换电路，对称电容电路、磁能释放续流电路；所述对称电容电路、所述功率变换电路和输入端线并联；所述变压器的原边的第一端和所述对称电容电路的中点连接；所述变压器的原边的第二端和所述功率变换电路的中部连接；所述磁能释放续流电路和所述功率变换电路连接。
6.在上述实现过程中，对称电容电路降低高压应力，用于稳定母线的电压及滤除杂波，磁能释放续流电路，为漏感释放磁能提供续流通道，因此，本直流变换器适用于高压平台车型，可继续使用原来低压平台直流变换器方案中的功率器件和滤波电容等耐压元器件，无需提高其极限耐压值，还可实现隔离变压器漏感磁能的续流，降低变压器因漏感磁能
积累转换的部分热能，提高输入输出的整体效率。
7.结合第一方面的第一种实施方式，所述磁能释放续流电路包括：第一二极管、第二二极管、第三电容；所述第一二极管和所述第二二极管形成二极管支路，所述二极管支路并联于所述第三电容；第三电容，第一端和所述功率变换电路的第一连接点连接，第二端和所述功率变换电路的第二连接点连接。
8.结合第一方面的第二种实施方式，所述变压器的副边包括副边第一自感、副边第二自感；所述副边第一自感的第一端通过第二功率开关和输出端的第二端连接；所述副边第二自感的第二端通过第一功率开关和所述输出端的第二端连接；所述副边第一自感的第二端、所述副边第二自感的第一端和所述输出端的第一端连接。
9.结合第一方面的第三种实施方式，所述副边第一自感的第二端、所述副边第二自感的第一端通过滤波电感和所述输出端的第一端连接；所述输出端并联有滤波电容。
10.结合第一方面的第四种实施方式，所述功率变换电路由第三功率开关、第四功率开关、第五功率开关和第六功率开关依次连接而成；所述第一连接点为所述第三功率开关和所述第四功率开关的连接点；所述第二连接点为所述第五功率开关和所述第六功率开关的连接点。
11.第二方面，本技术实施例提供的直流变换器的控制方法，应用于第一方面的第四种实施方式的直流变换器，方法包括：在第一子周期控制第三功率开关和第四功率开关导通，第五功率开关和第六功率开关关闭；在第二子周期控制所述第四功率开关导通，所述第三功率开关、所述第五功率开关、所述第六功率开关关闭；在第三子周期控制所述第三功率开关、所述第四功率开关、所述第五功率开关、所述第六功率开关关闭；在第四子周期控制所述第五功率开关、所述第六功率开关导通，所述第三功率开关和所述第四功率开关关闭；在第五子周期控制所述第六功率开关闭合，所述第三功率开关、所述第四功率开关和所述第五功率开关关闭；在第六子周期控制所述第三功率开关、所述第四功率开关、所述第五功率开关和所述第六功率开关关闭。
12.进一步地，在所述第一子周期、所述第二子周期、所述第三子周期控制第一功率开关导通，第二功率开关关闭；在所述第四子周期、所述第五子周期、所述第六子周期控制第一功率开关关闭，第二功率开关导通。
13.第三方面，本技术实施例提供的一种电子设备，包括：存储器、处理器以及存储在
所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如第一方面任一项所述的方法的步骤。
14.第四方面，本技术实施例提供一种车辆，包括第一方面所述的直流变换器。
15.第五方面，本技术实施例提供一种车辆，包括第二方面所述的直流变换器的控制方法。
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的结构示意图；图2为本技术实施例提供的直流变换器的控制方法的结构示意图；图3为本技术实施例提供的电子设备的结构示意图。
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描述。
21.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
22.参见图1，本技术实施例提供了一种直流变换器，包括：变压器、功率变换电路，对称电容电路、磁能释放续流电路；对称电容电路、功率变换电路和输入端并联；变压器的原边lp的第一端和对称电容电路的中点连接；变压器的原边lp的第二端和功率变换电路的中部连接；磁能释放续流电路和功率变换电路连接。
23.在一些实施例中，输入端为母线，对称电容电路和功率变换电路和母线并联。
24.上述实施例中，对称电容电路和功率变换电路和电压输入端连接。图1中，vin为输入电压u0为输出电压。
25.在上述实现过程中，对称电容电路降低高压应力，用于稳定母线的电压及滤除杂波，磁能释放续流电路，为漏感释放磁能提供续流通道，因此，本直流变换器适用于高压平台车型，可继续使用原来低压平台直流变换器方案中的功率器件和滤波电容等耐压元器件，无需提高其极限耐压值，还可实现隔离变压器漏感磁能的续流，降低变压器因漏感磁能积累转换的部分热能，提高输入输出的整体效率。
26.在一些实施例中，对称电容包括：第一电容c1和第二电容c2；第一电容c1和第二电
容c2串联。
27.在上述实现过程中，第一电容c1和第二电容c2的电压相当于输入电压vin的一半，在输入电压vin为高压时可以降低高压应力。
28.在一些实施例中，磁能释放续流电路包括：第一二极管d1、第二二极管d2、第三电容c3；第一二极管d1和第二二极管d2形成二极管支路，二极管支路并联于第三电容c3；第三电容c3，第一端和功率变换电路的第一连接点连接，第二端和功率变换电路的第二连接点连接。
29.结合第一方面的第二种实施方式，变压器的副边包括副边第一自感ls1、副边第二自感ls2；副边第一自感ls1的第一端通过第二功率开关s2和输出端的第二端连接；副边第二自感ls2的第二端通过第一功率开关s1和输出端的第二端连接；副边第一自感ls1的第二端、副边第二自感ls2的第一端和输出端的第一端连接。
30.示例性地，第二功率开关s2、第一功率开关s1为n-mos管，第二功率开关s2的s端连接第二自感ls2第一端/第一自感ls1的第二端，第一功率开关s1的d端连接输出端的第二端；第一功率开关s1的d端连接输出端的第二端，第一功率开关s1的s端连接第一自感ls1的第一端。第二功率开关s2和第一功率开关s1还并联有二极管；二极管从d端到s端单向导通。
31.在一些实施例中，副边第一自感ls1的第二端、副边第二自感ls2的第一端通过滤波电感l0和输出端的第一端连接；输出端并联有滤波电容c0。
32.副边电路存在多种形式副边电路还可以是中心抽头式同步整流电路，倍流同步整流电路和全桥同步整流电路等。
33.在一些实施例中，功率变换电路由第三功率开关q1、第四功率开关q2、第五功率开关q4和第六功率开关q3依次连接而成；第一连接点为第三功率开关q1和第四功率开关q2的连接点；第二连接点为第五功率开关q4和第六功率开关q3的连接点。
34.在一些实施例中，变压器的原边lp和第四功率开关q2、第五功率开关q4的连接点连接。
35.示例性地，第三功率开关q1、第四功率开关q2、第五功率开关q4和第六功率开关q3为n-mos管，第三功率开关q1管的s端连接第四功率开关q2的d端；第四功率开关q2管的s端连接第五功率开关q4的d端；第五功率开关q4管的s端连接第六功率开关q3的d端。
36.第三功率开关q1、第四功率开关q2、第五功率开关q4和第六功率开关q3的d端和s管并联有二极管，二极管从d端到s端单向导通。
37.需要说明的是第三功率开关q1、第四功率开关q2、第五功率开关q4和第六功率开关q3中可以由多个功率开关管连接而成，连接方式和第三功率开关q1、第四功率开关q2、第五功率开关q4和第六功率开关q3之间的连接方式相同。
38.可以理解的是，变压器具有等效电感l1，在电路图中，等效电感l1和变压器的原边lp串联。
39.参见图2，本技术实施例提供的直流变换器的控制方法，应用于第一方面的第四种实施方式的直流变换器，方法包括：
s1：在第一子周期控制第三功率开关q1和第四功率开关q2导通，第五功率开关q4和第六功率开关q3关闭；在上述实现过程中，当第三功率开关q1和第四功率开关q2同时导通，第五功率开关q4和第六功率开关q3均关闭时，第一电容c1储存的电荷，经过第一电容c1-第三功率开关q1-第四功率开关q2-等效电感l1-原边lp-第一电容c1的电路通道形成回路，等效电感l1由电能储存为磁能，原边lp建立原边lp电压经电磁转换向副边传递能量；s2：在第二子周期控制第四功率开关q2导通，第三功率开关q1、第五功率开关q4、第六功率开关q3关闭；在上述实现过程中，第三功率开关q1、第五功率开关q4和第六功率开关q3均关闭时，等效电感l1储存的磁能，经等效电感l1-原边lp-第一二极管d1-第三功率开关q1-等效电感l1通道形成续流，继续向副边提供能量；s3：在第三子周期控制第三功率开关q1、第四功率开关q2、第五功率开关q4、第六功率开关q3关闭；在上述实现过程中，当第三功率开关q1、第四功率开关q2、第五功率开关q4、第六功率开关q3全部关闭时若等效电感l1依然储存残磁，通过等效电感l1-原边lp-第一二极管d1-第三电容c3-第六功率开关q3-等效电感l1通道释放残磁，降低隔离变压器的残磁能量，即减少变压器发热；s4：在第四子周期控制第五功率开关q4、第六功率开关q3导通，第三功率开关q1和第四功率开关q2关闭；在上述实现过程中，当第五功率开关q4和第六功率开关q3同时导通，第三功率开关q1和第四功率开关q2均为关闭时，第二电容c2储存的电荷，通过第二电容c2-原边lp-等效电感l1-第六功率开关q3-第五功率开关q4-第二电容c2通路给原边lp建立电压传输能量到副边；s5：在第五子周期控制第六功率开关q3闭合，第三功率开关q1、第四功率开关q2和第五功率开关q4关闭；在上述实现过程中，当第六功率开关q3导通，第三功率开关q1、第四功率开关q2和第五功率开关q4均为关闭状态时，等效电感l1磁能经等效电感l1-第六功率开关q3-第二二极管d2-原边lp-等效电感l1形成回路，继续为副边提供能量；s6：在第六子周期控制第三功率开关q1、第四功率开关q2、第五功率开关q4和第六功率开关q3关闭。
40.上述实施例中，可以将多个子周期中的至少一个子周期进行合理编排，只需满足等效电感l1能量即时被释放即可。
41.在上述实现过程中，当第三功率开关q1、第四功率开关q2、第五功率开关q4、第六功率开关q3全部为关闭状态时，等效电感l1-第四功率开关q2-第三电容c3-第二二极管d2-原边lp-等效电感l1通路继续释放残磁。此部分变换，原边lp建立的电压同名端为负，第二功率开关s2关闭第一功率开关s1导通，输出能量。
42.进一步地，在第一子周期、第二子周期、第三子周期控制第一功率开关s1导通，第二功率开关s2关闭；在第四子周期、第五子周期、第六子周期控制第一功率开关s1关闭，第二功率开关
s2导通。
43.原边lp和副边的功率开关管同步周期性的变换，经过负载端滤波得到目标电压。注意原边lp第三功率开关q1管、第四功率开关q2管、第五功率开关q4管、第六功率开关q3管禁止同时导通，第二功率开关s2和第一功率开关s1的开通与关闭互补，也不允许同时导通，否则将引起电源短路，损坏功率开关管。控制算法设计时电路模式切换需要设计合适的死区时间，防止桥臂直通导致电源短路，也防止变压器磁能在周期性变换中逐渐积累，导致变压器过热。
44.第一电容c1和第二电容c2的对称结构，降低了功率开关管的高压应力，在高压平台车型应用中，降低成本，提高经济效益，经控制算法设计，提高直流变换器效率。此方案控制方式通常为占空比调制法，采样输出目标电压闭环调制占空比，调节输出电压达到目标值，占空比实时进行微调，稳定输出电压，实现直流变换器恒压输出。控制算法存在多种方式，可根据实际情况选择。因此，本技术实施例提出的直流变换器方案可降低功率开关管的高压应力，便于选型，同时降低开发成本，提高经济效益。
45.本技术还提供一种电子设备，请参见图3，图3为本技术实施例提供的一种电子设备的结构框图。电子设备可以包括处理器31、通信接口32、存储器33和至少一个通信总线34。其中，通信总线34用于实现这些组件直接的连接通信。其中，本技术实施例中电子设备的通信接口32用于与其他节点设备进行信令或数据的通信。处理器31可以是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。
46.上述的处理器31可以是通用处理器，包括中央处理器(cpu，centralprocessingunit)、网络处理器(np，networkprocessor)等；还可以是数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现成可编程门阵列(fpga)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本技术实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器31也可以是任何常规的处理器等。
47.存储器33可以是，但不限于，随机存取存储器（ram，randomaccessmemory），只读存储器（rom，read only memory），可编程只读存储器（prom ，programmable read-only memory），可擦除只读存储器（eprom ，erasable programmable read-only memory），电可擦除只读存储器（eeprom ，electric erasable programmable read-only memory）等。存储器33中存储有计算机可读取指令，当计算机可读取指令由处理器31执行时，电子设备可以执行上述方法实施例涉及的各个步骤。
48.可选地，电子设备还可以包括存储控制器、输入输出单元。
49.存储器33、存储控制器、处理器31、外设接口、输入输出单元各元件相互之间直接或间接地电性连接，以实现数据的传输或交互。例如，这些元件相互之间可通过一条或多条通信总线34实现电性连接。处理器31用于执行存储器33中存储的可执行模块，例如电子设备包括的软件功能模块或计算机程序。
50.输入输出单元用于提供给用户创建任务以及为该任务创建启动可选时段或预设执行时间以实现用户与服务器的交互。输入输出单元可以是，但不限于，鼠标和键盘等。
51.可以理解，图3所示的结构仅为示意，电子设备还可包括比图3中所示更多或者更少的组件，或者具有与图3所示不同的配置。图3中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组
合实现。
52.本技术实施例提供一种车辆，包括上述的直流变换器。
53.本技术实施例提供一种车辆，包括上述的直流变换器的控制方法。
54.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本技术的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
55.另外，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
56.所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本技术的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本技术各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器（rom，read-only memory）、随机存取存储器（ram，random access memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
57.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
58.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所述以权利要求的保护范围为准。
59.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

技术特征：
1.一种直流变换器，其特征在于，包括：变压器、功率变换电路，对称电容电路、磁能释放续流电路；所述对称电容电路、所述功率变换电路和输入端线并联；所述变压器的原边的第一端和所述对称电容电路的中点连接；所述变压器的原边的第二端和所述功率变换电路的中部连接；所述磁能释放续流电路和所述功率变换电路连接。2.根据权利要求1所述的直流变换器，其特征在于，所述磁能释放续流电路包括：第一二极管、第二二极管、第三电容；所述第一二极管和所述第二二极管形成二极管支路，所述二极管支路并联于所述第三电容；第三电容，第一端和所述功率变换电路的第一连接点连接，第二端和所述功率变换电路的第二连接点连接。3.根据权利要求2所述的直流变换器，其特征在于，所述变压器的副边包括副边第一自感、副边第二自感；所述副边第一自感的第一端通过第二功率开关和输出端的第二端连接；所述副边第二自感的第二端通过第一功率开关和所述输出端的第二端连接；所述副边第一自感的第二端、所述副边第二自感的第一端和所述输出端的第一端连接。4.根据权利要求3所述的直流变换器，其特征在于，所述副边第一自感的第二端、所述副边第二自感的第一端通过滤波电感和所述输出端的第一端连接；所述输出端并联有滤波电容。5.根据权利要求2所述的直流变换器，其特征在于，所述功率变换电路由第三功率开关、第四功率开关、第五功率开关和第六功率开关依次连接而成；所述第一连接点为所述第三功率开关和所述第四功率开关的连接点；所述第二连接点为所述第五功率开关和所述第六功率开关的连接点。6.一种直流变换器的控制方法，其特征在于，应用于权利要求5所述的直流变换器，包括：在第一子周期控制第三功率开关和第四功率开关导通，第五功率开关和第六功率开关关闭；在第二子周期控制所述第四功率开关导通，所述第三功率开关、所述第五功率开关、所述第六功率开关关闭；在第三子周期控制所述第三功率开关、所述第四功率开关、所述第五功率开关、所述第六功率开关关闭；在第四子周期控制所述第五功率开关、所述第六功率开关导通，所述第三功率开关和所述第四功率开关关闭；在第五子周期控制所述第六功率开关闭合，所述第三功率开关、所述第四功率开关和所述第五功率开关关闭；在第六子周期控制所述第三功率开关、所述第四功率开关、所述第五功率开关和所述第六功率开关关闭。
7.根据权利要求6所述的直流变换器的控制方法，其特征在于，在所述第一子周期、所述第二子周期、所述第三子周期控制第一功率开关导通，第二功率开关关闭；在所述第四子周期、所述第五子周期、所述第六子周期控制第一功率开关关闭，第二功率开关导通。8.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求6或7所述的方法的步骤。9.一种车辆，其特征在于，包括权利要求1-5任一项所述的直流变换器。10.一种车辆，其特征在于，执行权利要求6或7所述的方法。

技术总结
本申请实施例提供一种直流变换器、控制方法、电子设备和车辆，其中，直流变换器包括：变压器、功率变换电路，对称电容电路、磁能释放续流电路；所述对称电容电路、所述功率变换电路和输入端线并联；所述变压器的原边的第一端和所述对称电容电路的中点连接；所述变压器的原边的第二端和所述功率变换电路的中部连接；所述磁能释放续流电路和所述功率变换电路连接。本直流变换器适用于高压平台车型，可继续使用原来低压平台直流变换器方案中的功率器件和滤波电容等耐压元器件，无需提高其极限耐压值，还可实现隔离变压器漏感磁能的续流，降低变压器因漏感磁能积累转换的部分热能，提高输入输出的整体效率。入输出的整体效率。入输出的整体效率。


技术研发人员：黎明 张雪冰 喻皓 岳明
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：2023.07.06
技术公布日：2023/8/6