本實用新型涉及直流升壓變換器，具體而言涉及一種用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器。
背景技術：
傳統汽車排放尾氣對環境造成的污染的問題日益突出。而電動汽車存在充電時間長，續航里程有限的問題。氫燃料電池是一種零污染、高效率、續航里程長清潔電池，被廣泛應用于汽車領域。氫燃料電池使得氫氣和氧氣進行化學反應產生電能，通常是為整車供電的基本單元。但是氫燃料電池輸出的電壓變比較低，需要通過直流升壓變換器將電壓升高，從而滿足整車動力電池電壓平臺需求。直流升壓變換器作用是將輸入的低壓直流電壓轉換成高壓直流電壓進行輸出。這要求直流升壓變換器的輸出直流電壓與輸入直流電壓的升壓比足夠大，從而滿足不同車型對電壓的需求。電池輸出端連接動力電池和電機，電機工作時產生電磁干擾，電磁干擾會流經直流升壓變換器，從而影響氫燃料電池的正常工作。
傳統的直流升壓變換器以Boost電路為主，主要由電感、電容、開關管和二極管組成，能實現最基本的升壓功能，但屬于非隔離型直流升壓變換器，其輸入端與輸出端存在直接的電氣連接。
而傳統的隔離型直流升壓變換器采用全橋或者半橋等拓撲結構，以Buck電路為基礎演變而來，是以降壓為基本的拓撲結構，其輸入輸出升壓比無法設計得很高。滿足不了整車動力電池與氫燃料電池的電壓匹配需求。
在目前使用的直流升壓變換器多為非隔離型升壓變換器，安全性差，抗干擾性能弱，在連接氫燃料電池和電機時，電機產生的干擾很容易通過非隔離型的直流升壓變換器影響到燃料電池和動力電池。
而傳統的隔離型直流升壓變換器采用以Buck為原型的降壓拓撲結構衍生而來，升壓比無法達到很高，極限升壓比就是變壓器的次級和初級繞組比，然而變壓器的次級與初級變比越大，分布參數越大，漏感越大，會影響整體變換器的性能，且會使得傳輸效率降低，所以傳統的隔離型變換器即使滿足了電氣隔離的需求，也無法滿足整車動力電池和燃料電池電壓的匹配。
為此，期望提供一種新型的用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器，其既可以滿足整車動力燃料電池電壓需求，還能夠滿足直流輸入輸出電氣隔離的要求，使得電機與氫燃料電池之間有電氣隔離。
技術實現要素：
本實用新型的目的在于提供一種于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器，旨在解決現有技術存在的缺陷。本實用新型的目的通過以下技術方案得以實現。
根據本實用新型的一個實施方式提供了一種用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器，其中所述直流升壓變換器的直流輸入電壓的正極通過初級第一電感和初級第一開關接地，通過初級第二電感和初級第二開關接地，初級變壓器的異名端電連接在初級第一電感與初級第一開關之間，初級變壓器的同名端電連接在初級第二電感與初級第二開關之間，次級變壓器的同名端與次級第一二極管、次級第三二極管、次級輸出電容的一端以及負載的一端電連接，次級變壓器的異名端與次級第二二極管、次級第四二極管、次級輸出電容的另一端以及負載的另一端電連接,次級變壓器的輸出電壓施加在輸出負載的兩端。
根據本實用新型的上述實施方式提供的用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器，其中所述直流升壓變換器的直流輸入電壓的正極還通過初級輸入電容接地。
根據本實用新型的上述實施方式提供的用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器，其中輸入直流電壓的范圍為60伏至120伏，輸出直流電壓的范圍為580伏至720伏。
根據本實用新型的上述實施方式提供的用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器，其中初級第一開關和初級第二開關的占空比至少為50％且小于100％。
根據本實用新型的上述實施方式提供的用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器，其中初級第一開關和初級第二開關的占空比至少為50％且不大于80％。
根據本實用新型的上述實施方式提供的用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器，其中變壓器電壓變比2.25。
根據本實用新型的上述實施方式提供的用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器，其中初級第一電感的電感量與初級第二電感的電感量相同，初級第一電感和初級第二電感的大小可以通過公式:Vin＝Li×△i/Dt進行初步選擇，其中Vin為輸入直流電壓，△i為初級電感電流變化量，Dt為初級電感的導通時間。
根據本實用新型的上述實施方式提供的用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器，其中初級電感的電感量還能夠根據電路對電感體積要求、電感工作溫度要求和未濾波輸入電流的紋波要求進行二次選擇。
根據本實用新型的上述實施方式提供的用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器，其中未濾波輸入電流的紋波為通過初級第一電感和初級第二電感的電感電流變化量的和，未濾波輸入電流的紋波能夠通過初級輸入電容進行濾波，形成濾波后的輸入電流的紋波，濾波后的輸入電流的紋波小于未濾波輸入電流的紋波。
根據本實用新型的上述實施方式提供的用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器，其中次級輸出電容C2用于對輸出直流電壓和電流進行穩流，次級輸出電容C2電容值至少為220μF。
根據本實用新型的上述實施方式提供的用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器，其中初級輸入電容C1用于對輸入直流電壓和電流進行穩流，初級輸入電容C1和電容值至少為220μF。
根據本實用新型的上述實施方式提供的用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器，其中次級第一二極管和次級第三二極管與次級第二二極管和次級第四二極管用于次級電路的導通和截止，次級二極管通過通態電流和反向電壓進行選擇，通態電流根據電路的輸入電流進行計算，反向電壓根據電路的輸出電壓進行選擇。
根據本實用新型的上述實施方式提供的用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器，其中當初級第二開關導通且初級第一開關斷開時，次級變壓器、次級第一二極管、輸出負載和次級第四二極管構成一個回路；當初級第二開關斷開且初級第一開關導通時，次級變壓器、次級第二二極管、輸出負載和次級第三二極管構成一個回路；當初級第二開關導通且初級第一開關導通時，則變壓器不工作。
該方案通過選擇合適初級電感、初級開關和初級輸入電容使得輸入電流的紋波比較小，從而延長了氫燃料電池的壽命。
該方案由于采用變壓器升高電壓和傳輸能量，使得輸入與輸出之間存在電氣隔離，保證供電系統電壓供給同時確保供電系統安全。
【附圖說明】
參照附圖，本實用新型的公開內容將變得更易理解。本領域技術人員容易理解的是：這些附圖僅僅用于舉例說明本實用新型的技術方案，而并非意在對本實用新型的保護范圍構成限制。圖中：
圖1示出了根據本實用新型一個實施方式的用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器。
【具體實施方式】
圖1和以下說明描述了本實用新型的可選實施方式以教導本領域技術人員如何實施和再現本實用新型。為了教導本實用新型技術方案，已簡化或省略了一些常規方面。本領域技術人員應該理解源自這些實施方式的變型或替換將落在本實用新型的保護范圍內。本領域技術人員應該理解下述特征能夠以各種方式組合以形成本實用新型的多個變型。由此，本實用新型并不局限于下述可選實施方式，而僅由權利要求和它們的等同物限定。
圖1示出了根據本實用新型的一個實施方式提供了一種用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器。如圖1所示，直流升壓變換器的直流輸入電壓Vin的正極通過初級輸入電容C1接地，通過初級第一電感L1和初級第一開關sw1接地，通過通過初級第二電感L2和初級第二開關sw2接地，初級變壓器的異名端電連接在初級第一電感L1與初級第一開關sw1之間，初級變壓器的同名端電連接在初級第二電感L2與初級第二開關sw2之間，次級變壓器的同名端與次級第一二極管D1、次級第三二極管D3、次級輸出電容C2的一端以及負載的一端電連接，次級變壓器的異名端與次級第二二極管D2、次級第四二極管D4、次級輸出電容C2的另一端以及負載的另一端電連接,次級變壓器的輸出電壓Vout施加在輸出負載R0的兩端。
可選地，相對于圖1中所示的用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器，根據本實用新型的另一個實施方式的用于隔離型氫燃料電池的直流升壓變換器不包括初級輸入電容C1。
對于電動汽車而言，需要將幾十伏的輸入直流電壓(60伏至120伏)的電壓變換為幾百伏的輸出直流電壓(例如580伏至720伏)，現有的直流升壓變換器無法滿足電動汽車輸出電壓需求。例如為了將60伏的輸入直流電壓Vin變換為600伏的輸出直流電壓Vout，在該過程中輸入電流為500安培，輸出電流為50安培，輸入功率為30千瓦，如果該電路的效率為92％，則輸出功率為27.6千瓦。
對于如圖1所示的直流升壓變換器而言，其中Vout＝Vin×N/(1-D)(公式1)，在公式1中，N為電路中變壓器電壓變比，D為初級第一開關sw1和初級第二開關sw2的占空比，其中D＝Dt/DT(公式2),公式2中，DT為初級第一開關sw1和初級第二開關sw2的開關工作周期，Dt為初級第一開關sw1或初級第二開關sw2的開關導通時間，開關導通時間根據需要進行調整。在該電路中，占空比至少為50％且小于100％，優選地，占空比為：50％≤D≤80％。
對于初級電路而言，初級第一電感L1的電感量與初級第二電感L2的電感量相同，初級第一電感L1和初級第二電感L2的大小可以通過公式3:Vin＝Li×△i/Dt進行初步選擇，其中△i為電感電流變化量。當△i、Dt以及輸入直流電壓Vin已知時，則能夠初步計算出初級第一電感L1和初級第二電感L2的電感值。初級電感L1和L2的電感量大小還需要根據電路對電感體積要求、電感工作溫度要求和未濾波輸入電流的紋波要求進行二次選擇，從而優化整個電路，未濾波輸入電流的紋波為通過初級第一電感L1和初級第二電感L2的電感電流變化量的和。優選地，未濾波輸入電流的紋波能夠通過初級輸入電容C1進行濾波，形成濾波后的輸入電流的紋波，濾波后的輸入電流的紋波小于未濾波輸入電流的紋波。
對于次級電路而言，當初級第二開關sw2導通且初級第一開關sw1斷開時，次級變壓器、D1、輸出負載和D4構成一個回路；當初級第二開關sw2斷開且初級第一開關sw1導通時，次級變壓器、次級第二二極管D2輸出負載和次級第三二極管D3構成一個回路。當初級第二開關sw2導通且初級第一開關sw1導通時，則變壓器不工作。
初級輸入電容C1用于對輸入直流電壓和電流進行穩流，次級輸出電容C2用于對輸出直流電壓和電流進行穩流，初級輸入電容C1和次級輸出電容C2電容值至少為220μF。初級輸入電容C1和次級輸出電容C2在體積和成本允許的情況下，其電容值越大，則對電路的穩流效果越好。
次級第一二極管D1和次級第三二極管D3與次級第二二極管D2和次級第四二極管D4用于次級電路的導通和截止。次級二極管D1～D4通過通態電流和反向電壓進行選擇。通態電流可以根據電路的輸入電流進行計算，反向電壓可以根據電路的輸出電壓進行選擇。次級二極管D1～D4選擇時需要滿足導通時能夠承載電流，且在導通與斷開轉換時其產生的損耗不會使得二極管過熱損壞。
該方案通過選擇合適初級電感、初級開關和初級輸入電容使得氫燃料電池電壓被抬高，符合整車動力電池電壓平臺，且使得輸入電流的紋波比較小，從而延長了氫燃料電池的壽命。
該方案由于采用變壓器升高電壓和傳輸能量，使得輸入與輸出之間存在電氣隔離，保證供電系統電壓供給同時確保供電系統安全。