无功率因数校正电路的充电系统技术方案

本发明专利技术涉及无功率因数校正电路的充电系统。本发明专利技术提供了一种在电网阶段用于提高功率因数和电流质量的充电系统。所述充电系统包括：整流电路，其配置对电网电力进行整流；以及转换器，其配置为接收由所述整流电路整流的电压‑电流，并将所述电压‑电流转换为提供给电池的充电电压‑电流。电容器连接在所述整流电路和所述转换器的连接端之间。所述转换器包括第一高频开关电路、变压器和第二高频开关电路。

Charging System without Power Factor Correction Circuit

The invention relates to a charging system without a power factor correction circuit. The invention provides a charging system for improving power factor and current quality in the power grid stage. The charging system includes a rectifier circuit, which is configured to rectify the power grid, and a converter, which is configured to receive the voltage and current rectified by the rectifier circuit and convert the voltage and current to the charging voltage and current supplied to the battery. The capacitor is connected between the rectifier circuit and the connecting end of the converter. The converter comprises a first high frequency switching circuit, a transformer and a second high frequency switching circuit.

【技术实现步骤摘要】
无功率因数校正电路的充电系统
本专利技术总体而言涉及充电系统，更具体地，本专利技术涉及在电网阶段(gridstage)没有用于改善功率因数和电流质量的功率因数校正电路的充电系统。
技术介绍
最近，在汽车工业中进行了关于尽可能减少环境污染的环境友好型车辆的研究和开发，并扩大了其市场。具体地，正在引进生态友好型车辆、电动车辆、混合动力车辆和插电式混合动力车辆，这些车辆使用电动机来利用电能而产生驱动力，而不是利用发动机通过燃烧传统化石燃料来产生驱动力。典型地，通过从电网为车辆中的电池充电，利用这种电能的生态友好型车辆技术被用于驱动电动车辆。相应地，利用电能的生态友好型车辆需要配备车载充电装置，以用于利用从电网提供的电能为电池充电。车载充电电路采用不同的拓扑结构来实施为给环境友好型车辆的电池充电所必需的电路。然而，大多数车载充电电路包括用于隔离的高频变压器和滤波器、多个开关元件和控制模块。具体地，充电电路具有内置功率因数校正电路(PFC)，以保证电网电流的质量和功率因数，从而满足电网的要求。相应地，充电电路将增加环境友好型车辆的价格和体积，从而造成消费者的经济负担。在现有技术中，要求各种研究和开发活动来减少环境友好型车辆中设置的车载充电电路的体积、重量和成本。应当理解，上述
技术介绍
的描述仅仅是为了促进对本专利技术的背景的理解，而不应被解释为承认所述现有技术为本领域的技术人员已知。
技术实现思路
本专利技术提供了一种无功率因数校正电路的充电系统。该充电系统确保了改善的性能，同时消除了在车载充电电路中设置的提高电网电流的质量和功率因数的功率因数校正电路。在本专利技术示例性实施方案的一个方面中，一种无功率因数校正电路的充电系统可以包括：整流电路，其配置为对电网电力进行整流；转换器，其配置为接收由所述整流电路整流的电压-电流，并将所述电压-电流转换为充电电压-电流，以提供给电池；以及电容器，其跨接在所述整流电路和所述转换器的连接端之间。所述转换器可以包括第一高频开关电路、变压器和第二高频开关电路；所述第一高频开关电路配置为将由所述整流电路整流的电压-电流转换为高频信号；所述变压器具有副侧线圈和主侧线圈，由第一高频开关电路转换的高频信号输入至所述副侧线圈，所述主侧线圈电磁耦合至副侧线圈，所述主侧线圈根据绕线比例来生成和输出施加至副侧线圈的高频信号；所述第二高频开关电路配置为将由主侧线圈得到的高频信号转换为低频信号，以提供给电池。在本专利技术的一些示例性实施方案中，所述第一高频开关电路和所述第二高频开关电路中的每一个都可以是具有多个开关元件的全桥电路。在本专利技术的示例性实施方案中，所述电容器可以是薄膜电容器。本专利技术的示例性实施方案可以进一步包括控制器，其配置为调整第一高频开关电路和第二高频开关电路的开关占空比。在本专利技术的示例性实施方案中，所述控制器可以配置为操控第一高频开关电路，使得副侧线圈的电压可以通过下列等式来计算：其中，Vs表示穿过副侧线圈的电压，Vs’＝(np/ns)×Vs，np表示主侧线圈的绕组匝数，ns表示副侧线圈的绕组匝数，Vdc表示穿过电容器的电压，Es表示电网电压的峰值，Es’＝(np/ns)×Es，ωf表示第一高频开关电路的工作频率(rad/s)，ωg表示电网电压的频率(rad/s)。在本专利技术的示例性实施方案中，所述控制器可以配置为从主机控制器接收充电功率指令值Ps，并可以通过将所述充电功率指令值Ps和由第一高频开关电路产生的高频分量的预定义的功率因数kpf应用于下列等式来得出Iss、Isc、Ips和Ipc：其中，Rp表示主侧线圈的电阻元件，Lm表示主侧线圈和副侧线圈的互感元件，Rs表示副侧线圈的绕组电阻元件，Rs’表示转换至主侧的副侧线圈的绕组电阻元件(Rs’＝(np/ns)2×Rs)，Vs’表示转换至主侧的穿过副侧线圈的电压(Vs’＝(np/ns)×Vs)，Is表示副侧线圈电流，Is’表示转换至主侧的副侧线圈电流(Is’＝(ns/np)×Is)，Iss表示Is’中的正弦分量的峰值，Isc表示Is’中的余弦分量的峰值，Ip表示主侧线圈电流，Ips表示Ip中的正弦分量的峰值，Ipc表示Ip中的余弦分量的峰值，Ls’是Lls’和Lm之和。在本专利技术的示例性实施方案中，所述控制器可以配置为利用所得出的Ips和Ipc来产生为电池充电的充电电流指令值，并调整第二高频开关电路的开关占空比，以操控变压器的副侧线圈的电压，从而使得对应于所述充电电流指令值的充电电流应用于电池。在本专利技术的示例性实施方案中，所述控制器可以配置为保持第一高频开关电路和第二高频开关电路的载波相位差最大，将变压器的主侧线圈的电压调整为具有两倍的电网频率，并通过对第二高频开关电路的每个开关频率交替地乘以1和-1来输出方波，从而产生变压器的主侧线圈的电压指令值。附图说明根据结合附图的以下详细描述，本专利技术的上述和其他的目标、特征和其他优点将变得更加清楚，其中：图1是显示了根据本专利技术的示例性实施方案的无功率因数校正电路的充电系统的示例性电路图；图2至图4是显示了根据本专利技术的示例性实施方案的无功率因数校正电路的充电系统的示例性电路图；图5和图6是显示了根据本专利技术的示例性实施方案的图2所示的无功率因数校正电路的充电系统中变压器的建模的示例性电路图；以及图7和图8是显示了根据本专利技术的示例性实施方案的无功率因数校正电路的充电系统的控制操作的示例性控制框图。具体实施方式应当理解的是，本文中所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语通常包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、大客车、大货车、各种商用车辆的乘用车辆，包括各种舟艇、船舶，航空器等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如，源于非化石能源的燃料)。正如本文所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多种动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。在本文中使用的术语只用于描述具体实施方案，而不意图用于限制本专利技术。正如本文中所使用的，单数形式“某一个”、“一个”和“该”意图用来同样包括复数形式，除非上下文明确表示不包括复数形式。还将进一步理解当在本明书中使用术语“包括”和/或“包括了”时，指明存在所述特征、数字、步骤、操作、元件和/或部件，但是不排除存在或加入或多种其他的特征、数字、步骤、操作、元件、部件和/或其群体。正如本文所使用的，术语“和/或”包括或更多种相关列举项的任何和所有组合。例如，为了使对本专利技术的描述清楚，没有显示不相关的部件，而为了清晰起见，放大了层和区域的厚度。此外，当规定一层位于另一层或基底“上”时，该层可以直接位于另一层或基底上，或者第三层可以位于该层与另一层或基底之间。尽管示例性实施方案描述为使用多个单元来执行示例性过程，但是可以理解，示例性过程也可以由一个或多个模块执行。此外，可以理解术语“控制器/控制单元”指包括存储器和处理器的硬件装置。存储器配置为存储模块，并且处理器具体地配置为执行所述模块来进行下面进一步描述的一个或更多个过程。除非特别声明或从上下文明显指出，在本文中所使用的术语“大约”理解为在本
的正常容许范围之内，例如在平均值的2个标准差范围之内。“大约”可以被理解为在所述数值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无功率因数校正电路的充电系统，其包括：整流电路，其配置为对电网电力进行整流；转换器，其配置为接收由所述整流电路整流的电压‑电流，并将所述电压‑电流转换为充电电压‑电流，以提供给电池；电容器，其跨接接在所述整流电路和所述转换器的连接端之间，其中，所述转换器包括第一高频开关电路、变压器和第二高频开关电路；所述第一高频开关电路配置为将由所述整流电路整流的电压‑电流转换为高频信号；所述变压器具有副侧线圈和主侧线圈，所述副侧线圈接收由第一高频开关电路转换的高频信号，所述主侧线圈电磁耦合至副侧线圈，所述主侧线圈配置为根据绕线比例来获得和输出施加至副侧线圈的高频信号；所述第二高频开关电路配置为将由主侧线圈得到的高频信号转换为低频信号，以提供给电池。

【技术特征摘要】
2017.11.16 KR 10-2017-01533091.一种无功率因数校正电路的充电系统，其包括：整流电路，其配置为对电网电力进行整流；转换器，其配置为接收由所述整流电路整流的电压-电流，并将所述电压-电流转换为充电电压-电流，以提供给电池；电容器，其跨接接在所述整流电路和所述转换器的连接端之间，其中，所述转换器包括第一高频开关电路、变压器和第二高频开关电路；所述第一高频开关电路配置为将由所述整流电路整流的电压-电流转换为高频信号；所述变压器具有副侧线圈和主侧线圈，所述副侧线圈接收由第一高频开关电路转换的高频信号，所述主侧线圈电磁耦合至副侧线圈，所述主侧线圈配置为根据绕线比例来获得和输出施加至副侧线圈的高频信号；所述第二高频开关电路配置为将由主侧线圈得到的高频信号转换为低频信号，以提供给电池。2.根据权利要求1所述的无功率因数校正电路的充电系统，其中，所述第一高频开关电路和所述第二高频开关电路中的每一个都是具有多个开关元件的全桥电路。3.根据权利要求1所述的无功率因数校正电路的充电系统，其中，所述电容器是薄膜电容器。4.根据权利要求1所述的无功率因数校正电路的充电系统，其进一步包括：控制器，其配置为操控第一高频开关电路和第二高频开关电路的开关占空比。5.根据权利要求4所述的无功率因数校正电路的充电系统，其中，所述控制器配置为操控第一高频开关电路，以将副侧线圈的电压确定为下列等式：其中，Vs是穿过副侧线圈的电压，Vs’＝(np/ns)×Vs，np是主侧线圈的绕组匝数，ns是副侧线圈的绕组匝数，Vdc是穿过电容器的电压，Es是电网电压的峰...

【专利技术属性】
技术研发人员：申昊埈，郭武信，李永国，金成奎，河廷穓，韩龙洙，
申请(专利权)人：现代自动车株式会社，起亚自动车株式会社，首尔大学校产学协力团，
类型：发明
国别省市：韩国,KR