雙模式dc-dc轉(zhuǎn)換器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及DC-DC轉(zhuǎn)換器，并且更具體地，設(shè)及可工作在高功率工作模式W及低 功率工作模式中的DC-DC轉(zhuǎn)換器。
【背景技術(shù)】
[0002] 在諸如自動(dòng)旅客運(yùn)輸器（automated people mover)之類的交通工具中，一個(gè)交通 工具可包括被配置為沿軌道行進(jìn)的車輪。所述車輪可W是有髓車輪，或者在所述軌道包括 鐵軌時(shí)，所述車輪可W是被設(shè)計(jì)為沿所述鐵軌行進(jìn)的傳統(tǒng)鐵軌車輪。在運(yùn)種旅客運(yùn)輸器中， 期望運(yùn)種交通工具的高壓交流電系統(tǒng)化VAC)系統(tǒng)可在電網(wǎng)故障后利用電池能量工作30分 鐘W上。為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)一目標(biāo)，通常采用DC-DC轉(zhuǎn)換器W將電網(wǎng)上提供的高電壓（例如，750 伏DC)轉(zhuǎn)換為可在交通工具的內(nèi)部系統(tǒng)（例如頂部照明系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等）中使用的低電 壓（例如，100伏DC)。
[0003] 在正常工作模式中，轉(zhuǎn)換器工作在降壓（step-down)模式，W利用可經(jīng)電網(wǎng)獲得 的高電壓（例如，750伏DC)對(duì)低電壓DC電池（例如，100伏DC電池）的電壓進(jìn)行充電并 使其保持不變。
[0004] 在緊急模式中，期望所述DC-DC轉(zhuǎn)換器工作在升壓（step-up)模式，來將低電壓 (110VDC)升壓到高電壓（750VDC) W饋送至HVAC系統(tǒng)。 陽(yáng)0化]在另一示例中，期望能夠利用低電壓電池中存儲(chǔ)的電能而使交通工具向維護(hù)設(shè)施 移動(dòng)或者從維護(hù)設(shè)施移開。針對(duì)運(yùn)種情況，再次需要DC-DC轉(zhuǎn)換器工作在升壓模式，來將低 電壓能量（110VDC)轉(zhuǎn)換為高電壓能量（750VDC) W饋送至推進(jìn)系統(tǒng)。
[0006] 在升壓模式中使用DC-DC轉(zhuǎn)換器即為高功率操作。因此，期望在升壓操作中具有 較高的轉(zhuǎn)換效率，W避免浪費(fèi)寶貴的能量。與此相反，降壓操作可為高功率（當(dāng)電池為空且 必須迅速充電時(shí)）或低功率（當(dāng)電池還未全部充滿時(shí)）。
[0007] 到目前為止，標(biāo)準(zhǔn)的單模式雙向轉(zhuǎn)換器在低功率操作時(shí)具有較低的效率，而所述 低功率操作占據(jù)了大部分時(shí)間。因此，期望在不添加有源組件或無源組件并且在高功率操 作中沒有任何修改也沒有額外成本的情況下，提高雙向DC-DC轉(zhuǎn)換器的低功率效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本文公開了一種雙模式DC-DC轉(zhuǎn)換器，其包括：第一橋轉(zhuǎn)換器，其具有串聯(lián)的第一 開關(guān)和第二開關(guān)、串聯(lián)的第Ξ開關(guān)和第四開關(guān)，并且串聯(lián)的第一開關(guān)和第二開關(guān)W并聯(lián)方 式連接至串聯(lián)的第Ξ開關(guān)和第四開關(guān)；第二橋轉(zhuǎn)換器，其具有串聯(lián)的第五開關(guān)和第六開關(guān)、 串聯(lián)的第屯開關(guān)和第八開關(guān)，并且串聯(lián)的第五開關(guān)和第六開關(guān)W并聯(lián)方式連接至串聯(lián)的第 屯開關(guān)和第八開關(guān)；變壓器，其包括第一線圈，所述第一線圈具有連接至串聯(lián)的第一開關(guān)和 第二開關(guān)之間的第一節(jié)點(diǎn)的第一端W及連接至串聯(lián)的第Ξ開關(guān)和第四開關(guān)之間的第二節(jié) 點(diǎn)的第二端，所述變壓器還包括第二線圈，所述第二線圈具有連接至串聯(lián)的第五開關(guān)和第 六開關(guān)之間的第Ξ節(jié)點(diǎn)的第一端W及連接至串聯(lián)的第屯開關(guān)和第八開關(guān)之間的第四節(jié)點(diǎn) 的第二端；電感器，其與所述線圈中的一個(gè)線圈串聯(lián)；w及控制器，其中所述控制器能工作 在第一模式中，從而使得全部八個(gè)開關(guān)進(jìn)行切換操作，W將DC電功率從第一橋轉(zhuǎn)換器傳輸 至第二橋轉(zhuǎn)換器或者從第二橋轉(zhuǎn)換器傳輸至第一橋轉(zhuǎn)換器，其中所述控制器還能工作在第 二模式中，從而使得第一開關(guān)、第二開關(guān)、第五開關(guān)和第六開關(guān)進(jìn)行切換操作，W將DC電功 率從第一橋轉(zhuǎn)換器傳輸至第二橋轉(zhuǎn)換器或者從第二橋轉(zhuǎn)換器傳輸至第一橋轉(zhuǎn)換器，同時(shí)第 Ξ開關(guān)和第屯開關(guān)保持在斷開狀態(tài)且第四開關(guān)和第八開關(guān)保持在導(dǎo)通狀態(tài)。
[0009] 所述雙模式DC-DC轉(zhuǎn)換器可包括：第一電壓源，其W并聯(lián)方式跨接在串聯(lián)的第一 開關(guān)和第二開關(guān)的兩端，所述串聯(lián)的第一開關(guān)和第二開關(guān)W并聯(lián)方式與串聯(lián)的第Ξ開關(guān)和 第四開關(guān)連接；W及第二電壓源，其W并聯(lián)方式跨接在串聯(lián)的第五開關(guān)和第六開關(guān)的兩端， 所述串聯(lián)的第五開關(guān)和第六開關(guān)W并聯(lián)方式與串聯(lián)的第屯開關(guān)和第八開關(guān)連接，其中所述 第二電壓源的電壓比所述第一電壓源的電壓的5倍大。
[0010] 所述雙模式DC-DC轉(zhuǎn)換器可包括W并聯(lián)方式與第一電壓源和第二電壓源連接的 第一電容器和第二電容器。
[0011] 所述雙模式DC-DC轉(zhuǎn)換器可包括：與所述變壓器的第一線圈串聯(lián)的第一電容器； W及與所述變壓器的第二線圈串聯(lián)的第二電容器。所述第一電容器可串聯(lián)于所述第一節(jié)點(diǎn) 與所述第一線圈的第一端之間；并且所述第二電容器可串聯(lián)于所述第Ξ節(jié)點(diǎn)與所述第二線 圈的第一端之間。
[0012] 每個(gè)開關(guān)可包括半導(dǎo)體晶體管。每個(gè)開關(guān)還可包括與所述半導(dǎo)體晶體管并聯(lián)的二 極管。
[0013] 每個(gè)開關(guān)可在開路狀態(tài)與閉合狀態(tài)之間選擇性地切換。
[0014] 與所述一個(gè)線圈串聯(lián)的所述電感器可由所述一個(gè)線圈的自感、分離電感器或它們 的一些組合提供。
[0015] 本文還公開了 一種對(duì)雙模式DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行操作的方法，所述雙模式DC-DC轉(zhuǎn) 換器具有第一橋轉(zhuǎn)換器和第二橋轉(zhuǎn)換器，第一橋轉(zhuǎn)換器和第二橋轉(zhuǎn)換器經(jīng)由變壓器的第一 線圈和第二線圈、與每個(gè)變壓器線圈串聯(lián)的電容器、W及電感器進(jìn)行連接，其中每個(gè)橋轉(zhuǎn)換 器包括在控制器的控制之下工作的多個(gè)開關(guān)，所述方法包括步驟：(a)在第一工作模式中， 對(duì)所述多個(gè)開關(guān)的切換進(jìn)行控制，W將DC電功率從所述第一橋轉(zhuǎn)換器傳輸至所述第二橋 轉(zhuǎn)換器或者從所述第二橋轉(zhuǎn)換器傳輸至所述第一橋轉(zhuǎn)換器；W及（b)在第二工作模式中， 使每個(gè)橋轉(zhuǎn)換器的一個(gè)開關(guān)保持在閉合狀態(tài)并使每個(gè)橋轉(zhuǎn)換器的一個(gè)開關(guān)保持在開路狀 態(tài)，同時(shí)對(duì)所述第一橋轉(zhuǎn)換器和所述第二橋轉(zhuǎn)換器的所述多個(gè)開關(guān)中的其他開關(guān)的切換進(jìn) 行控制，W將DC電功率從所述第一橋轉(zhuǎn)換器傳輸至所述第二橋轉(zhuǎn)換器或者從所述第二橋 轉(zhuǎn)換器傳輸至所述第一橋轉(zhuǎn)換器。
[0016] 所述變壓器可具有連接至第一橋轉(zhuǎn)換器和第二橋轉(zhuǎn)換器的第一線圈和第二線圈。 在所述DC-DC轉(zhuǎn)換器在步驟（a)中的操作期間，可使所述多個(gè)開關(guān)進(jìn)行切換，從而使得DC 電流在所述變壓器的每個(gè)線圈中選擇性地W第一方向和第二方向流動(dòng)。在所述DC-DC轉(zhuǎn)換 器在步驟化）中的操作期間，可使所述多個(gè)開關(guān)中的其他開關(guān)進(jìn)行切換，從而使得DC電流 在所述變壓器的每個(gè)線圈中僅W單個(gè)方向流動(dòng)。
[0017] 所述第一橋轉(zhuǎn)換器可包括串聯(lián)的第一開關(guān)和第二開關(guān)、串聯(lián)的第Ξ開關(guān)和第四開 關(guān)，并且所述串聯(lián)的第一開關(guān)和第二開關(guān)W并聯(lián)方式連接至所述串聯(lián)的第Ξ開關(guān)和第四開 關(guān)，第一變壓器線圈的第一端連接至第一開關(guān)和第二開關(guān)之間的節(jié)點(diǎn)，并且所述第一變壓 器線圈的第二端連接至第Ξ開關(guān)和第四開關(guān)之間的節(jié)點(diǎn)。所述第二橋轉(zhuǎn)換器可包括串聯(lián)的 第五開關(guān)和第六開關(guān)、串聯(lián)的第屯開關(guān)和第八開關(guān)，并且所述串聯(lián)的第五開關(guān)和第六開關(guān) W并聯(lián)方式連接至所述串聯(lián)的第屯開關(guān)和第八開關(guān)，第二變壓器線圈的第一端連接至第五 開關(guān)和第六開關(guān)之間的節(jié)點(diǎn)，并且所述第二變壓器線圈的第二端連接至第屯開關(guān)和第八開 關(guān)之間的節(jié)點(diǎn)。
[0018] 所述步驟（a)可包括步驟：在使第二開關(guān)、第Ξ開關(guān)、第六開關(guān)和第屯開關(guān)開路的 同時(shí)使得第一開關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)和第八開關(guān)閉合，從而使電流在每個(gè)變壓器線圈中 W第一方向流動(dòng)。所述步驟（a)還可包括步驟：在使第一開關(guān)、第四開關(guān)、第五開關(guān)和第八 開關(guān)開路的同時(shí)使得第二開關(guān)、第Ξ開關(guān)、第六開關(guān)和第屯開關(guān)閉合，從而使電流在每個(gè)變 壓器線圈中W第二方向流動(dòng)。
[0019] 所述步驟（b)可包括使第Ξ開關(guān)和第屯開關(guān)始終開路且使第四開關(guān)和第八開關(guān) 始終閉合的步驟。所述步驟化）還可包括步驟：使得第一開關(guān)和第五開關(guān)閉合且使第二開 關(guān)和第六開關(guān)開路，從而使電流在每個(gè)變壓器線圈中W第一方向流動(dòng)。
[0020] 所述步驟（b)還可包括步驟：使得第二開關(guān)和第六開關(guān)閉合并且使得第一開關(guān)和 第五開關(guān)開路，從而使得電流在每個(gè)變壓器線圈中W第一方向流動(dòng)。
[0021] 所述電感器可由一個(gè)變壓器線圈的自感、分離電感器或它們的一些組合提供。
[0022] 最后，本文公開了一種對(duì)雙模式DC-DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行操作的方法，所述雙模式DC-DC 轉(zhuǎn)換器具有第一橋轉(zhuǎn)換器和第二橋轉(zhuǎn)換器，第一橋轉(zhuǎn)換器和第二橋轉(zhuǎn)換器經(jīng)由電感器、具 有與所述第一橋轉(zhuǎn)換器和所述第二橋轉(zhuǎn)換器連接的第一線圈和第二線圈的變壓器、W及與 第一變壓器線圈和第二變壓器線圈串聯(lián)的第一電容器和第二電容器進(jìn)行連接，其中每個(gè)橋 轉(zhuǎn)換器包括在控制器的控制之下工作的多個(gè)開關(guān)。所述方法包括步驟：(a)在第一工作模 式中，對(duì)所述多個(gè)開關(guān)的開路狀態(tài)和閉合狀態(tài)進(jìn)行控制，從而在將DC電功率從所述第一橋 轉(zhuǎn)換器傳輸至所述第二橋轉(zhuǎn)換器或者從所述第二橋轉(zhuǎn)換器傳輸至所述第一橋轉(zhuǎn)換器的多 個(gè)周期期間，使得DC電流在所述變壓器的每個(gè)線圈中交替地W第一方向和第二方向流動(dòng)； W及化）在第二工作模式中，對(duì)所述多個(gè)開關(guān)的開路狀態(tài)和閉合狀態(tài)進(jìn)行控制，從而在將 DC電功率從所述第一橋轉(zhuǎn)換器傳輸至所述第二橋轉(zhuǎn)換器或者從所述第二橋轉(zhuǎn)換器傳輸至 所述第一橋轉(zhuǎn)換器的多個(gè)周期期間，使得DC電流在所述變壓器的每個(gè)線圈中選擇性地僅 W單個(gè)方向流動(dòng)。
[0023] 在所述第二工作模式中，所述變壓器的每個(gè)線圈中的DC電流的流動(dòng)交替增長(zhǎng)，然 后僅在所述單個(gè)方向上減少。