电源单元和使用该电源单元的电源系统技术方案

本发明专利技术的目标因此是提供一种电源系统的电源单元和使用该电源单元的电源系统。电源单元包括：第一功率转换电路，可操作以跨其第一正端子与第一负端子输出第一DC电压；第二功率转换电路，可操作以跨其第二正端子与第二负端子输出第二DC电压；第一可控单向半导体开关，可操作以生成从第一功率转换电路的第一正端子到第二功率转换电路的第二负端子的第一传导路径；第一单向半导体开关，可操作以生成从第一功率转换电路的第一正端子到第二功率转换电路的第二正端子的第二传导路径；第二单向半导体开关，可操作以生成从第一功率转换电路的第一负端子到第二功率转换电路的第二负端子的第三传导路径；第一低通滤波器；第二低通滤波器；第三低通滤波器；以及控制单元。该控制单元可操作以：向第一可控单向半导体开关发出接通信号，使得第一功率转换电路和第二功率转换电路经由第一传导路径、第二低通滤波器和第三低通滤波器，向第一低通滤波器提供电流；或者向第一可控单向半导体开关发出关断信号，使得第一功率转换电路和第二功率转换电路经由第二传导路径和第二低通滤波器以及第三传导路径和第三低通滤波器，并联向第一低通滤波器提供电流。第一低通滤波器可以有助于平滑输出电压和电流，以便实现相对较宽的线性恒定输出功率范围。通过由开关装置控制开关频率的开关周期内串联和并联的比率，在第一低通滤波器的帮助下，跨第一低通滤波器的输出电压和电源单元的电流范围都可以平滑而线性地扩大。此外，当第一可控单向半导体开关接通时，第二低通滤波器和第三低通滤波器通过第一可控单向半导体开关被串联电耦合。然后，电路回路阻抗增加到第二低通滤波器和第三低通滤波器的总和。由此，由第二低通滤波器和第三低通滤波器形成的滤波器电路的滤波功率被增强。换言之，为了实(续)(续)[转续页]

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】电源单元和使用该电源单元的电源系统


[0001]本专利技术涉及将DC功率输入转换为DC功率输出，并且更具体地涉及DC
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DC的功率转换而无需到AC功率的中间转换。

技术介绍

[0002]为了降低成本和功耗并提高电源的效率，提供了在串联连接与并联连接之间电切换的DC电源单元。通过使用相对较低速率的功率开关器件的串并联可配置的开关单元，转换过程可以实现相对较宽范围的电压输出或电流输出。因此，降低了在电源上花费的成本。
[0003]这在电动汽车(EV)充电
特别有用。EV的充电电压越来越高，以增加充电功率。对于某些超级EV或客车来说，充电电压可能需要高达1000V。因此，为了满足大部分EV的充电要求，现在的充电电压范围将为从200V至1000V。为了输出这种宽范围的电压，传统的拓扑结构如单LLC，移相拓扑需要牺牲大量的功率效率，因为在较宽的输出电压调节范围下，它们的操作距离最佳操作点较远。用于扩展输出电压范围的传统解决方案是将模块化串联或并联连接方法应用于两个或更多个隔离/单独的功率模块(电源单元)。例如，专利CN 204 538 972 U公开了一种宽范围输出开关电源，具有与开关电路连接的电源模块，以及与正极的端部连接的副电源模块，其中开关电路与电源连接。通过使用功率开关的继电器来改变功率模块串联或并联的连接方式，可以扩大输出电压和电流的范围。当功率模块并联连接时，系统的输出电流扩展为所有连接的功率模块的总和。系统电压通过功率模块的串联而被扩大。

技术实现思路

[0004]然而，传统的系统的恒定输出功率(CP)范围不能通过在串联连接与并联连接之间切换来实现，因为传统的电源系统的最大输出电流在电源模块的连接从并联变为串联以提高电压时会出现阶跃下降。
[0005]因此，需要提供一种电源单元和使用该电源单元的电源系统，以通过线性扩展输出电压和电流范围来拓宽用于宽输出范围应用的恒定输出功率范围。
[0006]因此本专利技术的目标是提供一种电源系统的电源单元。电源单元包括：第一功率转换电路，可操作以跨其第一正端子与第一负端子输出第一DC电压；第二功率转换电路，可操作以跨其第二正端子与第二负端子输出第二DC电压；第一可控单向半导体开关，可操作以生成从第一功率转换电路的第一正端子到第二功率转换电路的第二负端子的第一传导路径；第一单向半导体开关，可操作以生成从第一功率转换电路的第一正端子到第二功率转换电路的第二正端子的第二传导路径；第二单向半导体开关，可操作以生成从第一功率转换电路的第一负端子到第二功率转换电路的第二负端子的第三传导路径；第一低通滤波器；第二低通滤波器；第三低通滤波器；以及控制单元。该控制单元可操作以：向第一可控单向半导体开关发出接通信号，使得第一功率转换电路和第二功率转换电路经由第一传导路径、第二低通滤波器和第三低通滤波器，向第一低通滤波器提供电流；或者向第一可控单向
半导体开关发出关断信号，使得第一功率转换电路和第二功率转换电路经由第二传导路径和第二低通滤波器以及第三传导路径和第三低通滤波器，并联向第一低通滤波器提供电流。
[0007]第一低通滤波器可以有助于平滑输出电压和电流，以便实现相对较宽的线性恒定输出功率范围。通过由开关装置控制开关频率的开关周期内串联和并联连接的比率，在第一低通滤波器的帮助下，跨第一低通滤波器的输出电压和电源单元的电流范围都可以平滑而线性地扩大。此外，当第一可控单向半导体开关接通时，第二低通滤波器和第三低通滤波器通过第一可控单向半导体开关而被串联电耦合。然后，电路回路阻抗增加到第二低通滤波器和第三低通滤波器的总和。由此，由第二低通滤波器和第三低通滤波器形成的滤波器电路的滤波功率被增强。换言之，为了实现与普通LC滤波器(没有电感器的串联或并联连接)相同的滤波功率，所提出的解决方案需要较少的电感器的电感。它可以减小电路中所需电感器的尺寸和成本。
[0008]优选地，第一低通滤波器包括插入在输入端口端子之间的第一电容元件，第二低通滤波器包括第一电感元件，并且第三低通滤波器包括第二电感元件。
[0009]优选地，第一低通滤波器包括插入在输入端口端子之间的第一电容元件。
[0010]优选地，第一低通滤波器还包括用于提供第三DC电压的输出端口端子。
[0011]根据本专利技术的另一个目标，提供了一种电源系统。该电源系统包括：第一电源单元；第二电源单元；第二可控单向半导体开关，可操作以生成从第一电源单元的正输出端口端子到第二电源单元的负输出端口端子的第四传导路径；第四单向半导体开关，可操作以生成从第一电源单元的正输出端口端子到第二电源单元的正输出端口端子的第五传导路径；第五单向半导体开关，可操作以生成从第一电源单元的负输出端口端子到第二电源单元的负输出端口端子的第六传导路径；第四低通滤波器、第五低通滤波器和第六低通滤波器以及中央控制单元。该中央控制单元可操作以：向第二可控单向半导体开关发出接通信号，使得第一电源单元和第二电源单元经由第四传导路径、第五低通滤波器以及第六低通滤波器，向第四低通滤波器提供电流；或者向第二可控单向半导体开关发出关断信号，使得第一电源单元和第二电源单元经由第五传导路径和第五低通滤波器以及第六传导路径和第六低通滤波器，并联向第四低通滤波器提供电流。该电源单元可以用作子模块以形成甚至更宽的输出电压和恒定功率范围的电源系统。
附图说明
[0012]下文将参考附图中所示的优选的示例性实施例来更详细地说明本专利技术的主题，其中：
[0013]图1是示出了根据本专利技术的实施例的电源单元的示意性电路框图；
[0014]图2A和图2B示出了根据本专利技术的实施例的装置的两种操作模式；
[0015]图3A示出了根据提供DC电压的功率转换电路的V
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I曲线；
[0016]图3B示出了使用来自图3A的功率转换电路的根据现有技术的解决方案的示例性操作的V
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I曲线；
[0017]图3C示出了使用来自图3A的功率转换电路的根据本专利技术的解决方案的示例性操作的V
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I曲线；
[0018]图4A和图4B分别示出了根据本专利技术的涉及分别在600V和700V处的两个输出DC电压电平下提供30kW的恒定功率的电源单元的部件的电波形；以及
[0019]图5是示出了根据本专利技术的实施例的使用电源单元的电源系统的示意性电路框图。
[0020]附图中使用的参考符号及其含义在参考符号列表中以摘要形式列出。原则上，相同的部件在附图中由相同的参考符号提供。
具体实施方式
[0021]尽管本专利技术易受各种修改和备选形式的影响，但其具体实施例在附图中通过示例的方式示出，并且将在本文中详细描述。然而，应该理解的是，附图及其详细描述并不旨在将本专利技术限制于所公开的特定形式，相反，本专利技术旨在涵盖如所附权利要求所限定的本专利技术的精神和范围内的所有修改、等效物以及备选方案。应该注意的是，标题仅用于组织目的，不意味着用于限制或解释说明书或权利要求。此外，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种电源系统的电源单元，包括：第一低通滤波器、第二低通滤波器以及第三低通滤波器；第一功率转换电路，可操作以跨所述第一功率转换电路的第一正端子与第一负端子输出第一DC电压；第二功率转换电路，可操作以跨所述第二功率转换电路的第二正端子与第二负端子输出第二DC电压；第一可控单向半导体开关，可操作以生成从所述第一功率转换电路的所述第一正端子到所述第二功率转换电路的所述第二负端子的第一传导路径；第一单向半导体开关，可操作以生成从所述第一功率转换电路的所述第一正端子到所述第二功率转换电路的所述第二正端子的第二传导路径；以及第二单向半导体开关，可操作以生成从所述第一功率转换电路的所述第一负端子到所述第二功率转换电路的所述第二负端子的第三传导路径；控制单元，可操作以：向所述第一可控单向半导体开关发出接通信号，使得所述第一功率转换电路和所述第二功率转换电路经由所述第一传导路径、所述第二低通滤波器以及所述第三低通滤波器，向所述第一低通滤波器提供电流；或者向所述第一可控单向半导体开关发出关断信号，使得所述第一功率转换电路和所述第二功率转换电路经由所述第二传导路径和所述第二低通滤波器、以及所述第三传导路径和所述第三低通滤波器，并联向所述第一低通滤波器提供电流。2.根据权利要求1所述的电源单元，其中：所述第一低通滤波器具有输入端口端子，以用于接收从所述第一功率转换电路和所述第二功率转换电路提供的所述电流。3.根据权利要求2所述的电源单元，其中：所述第一功率转换电路的输出侧和所述第二低通滤波器被串联电耦合；所述第一单向半导体开关在第一耦合点处，被串联电耦合到串联耦合的所述第二低通滤波器和所述第一功率转换电路；所述第一耦合点被电耦合到所述第一可控单向半导体开关的一个端子；以及所述第一单向半导体开关、所述第二低通滤波器以及所述第一功率转换电路的串联耦合跨所述第一低通滤波器的所述输入端口端子而被电耦合。4.根据权利要求2或3所述的电源单元，其中：所述第二功率转换电路的输出侧和所述第三低通滤波器被串联电耦合；所述第二单向半导体开关在第二耦合点处，被串联电耦合到串联耦合的所述第三低通滤波器和所述第二功率转换电路；所述第二耦合点被电耦合到所述第一可控单向半导体开关的另一端子；以及所述第三低通滤波器、所述第二功率转换电路以及所述第二单向半导体开关的串联耦...

【专利技术属性】
技术研发人员：袁权发，李天河，田凯，
申请(专利权)人：ABB瑞士股份有限公司，
类型：发明
国别省市：