用于在非平衡电网电压的情况下使用的双有源桥式控制电路制造技术

公开了用于在非平衡电网电压的情况下使用的双有源桥式控制电路。提供了用于将非平衡电网电压转换为DC电压的单级DAB控制电路。控制电路包括控制器，控制器具有电压检测模块，第一变换模块，电平偏移模块和第二变换模块。电压检测模块提供指示三相AC电源的每一相中的电压的电压分量值。第一变换模块使用克拉克—帕克变换将来自静止参考系的电压分量值转换为旋转参考系中的参考电压信号。电平偏移模块补偿参考电压信号以模拟理想的或平衡的三相AC电压。第二变换模块使用逆克拉克—帕克变换把经补偿的参考电压信号从旋转参考系转换到静止参考系。然后，控制器可操作以控制单级DAB转换器的操作，以用于将实质上没有波动或纹波的DC充电电压提供给电池。

【技术实现步骤摘要】
用于在非平衡电网电压的情况下使用的双有源桥式控制电路相关申请的交叉引用。本申请要求于2017年8月11日提交的美国临时申请62/544,358的权益，该美国临时申请的公开内容被通过引用在其整体上合并于此。
本专利技术涉及一种用于当对车辆电池再充电时在非平衡电网电压的情况下使用的控制电路。
技术介绍
电动车辆包括用于对电驱动系统供电的电池。电池可以包括通过DC电压可再充电的多个电池单元。对于插入式电动车辆而言，当车辆未被驱动时，本地电气电网被用于对电池进行再充电。然而，由于大多数电气电网提供三相AC电压，因此来自本地电气电网的电力必须首先被转换为合适的DC电压。存在用于将三相AC电压转换为DC电压的各种电路。一种已知的电路在图1中图示，并且包括第一级转换器和第二级转换器。第一级转换器从前端整流器（未示出）接收DC电压并且输出到DC链路电容器，而第二级转换器为电路提供电流隔离。该电路中的第一级转换器是双有源桥式（DAB）转换器。在操作中，其DC输入被初级侧桥逆变并且被次级侧桥整流。DAB转换器典型地由控制器操作，以根据电池充电要求调节DC输出的幅度。在一些应用中，想要的是实现单级设计。然而，在实践中，本地电气电网可能提供非平衡的三相AC电压。如果不被校正，则非平衡的电压可能引起DC输出中的电压失真或电流纹波，这在再充电期间可能对电池有害。然而，现有的单级设计较差地适合于其中本地电气电网非平衡的应用。因此，仍然存在对于用于对车辆电池再充电的改进的单级控制电路、并且特别是包括DAB转换器的单级控制电路的需要。
技术实现思路
根据一个实施例，提供了一种用于将非平衡的电网电压转换为DC电压的单级DAB控制电路。控制电路包括控制器，控制器具有电压检测模块、第一变换模块、电平偏移模块和第二变换模块。电压检测模块提供指示三相AC电源的每一相中的电压的电压分量值。第一变换模块使用克拉克—帕克（Clark-Park）变换把来自静止参考系的电压分量值转换为旋转参考系中的参考电压信号。电平偏移模块补偿参考电压信号以模拟理想的（例如，平衡的）AC电压。第二变换模块使用逆克拉克—帕克变换把经补偿的参考电压信号从旋转参考系转换至静止参考系。然后，控制器可操作以基于重建的电压值来控制单级DAB转换器的操作，以用于提供实质上没有波动或纹波的DC充电电压。根据另一个实施例，提供了一种用于操作DAB电路的方法。该方法包括确定指示三相AC电源的每个相中的电压值的电压分量值，并且使用克拉克—帕克变换把来自静止参考系的电压分量值转换为旋转参考系中的第一参考电压信号和第二参考电压信号。该方法于是包括补偿第一参考电压信号和第二参考电压信号以模拟平衡的三相AC电源，并且使用逆克拉克—帕克变换把经补偿的第一参考电压信号和第二参考电压信号从旋转参考系转换至静止参考系，以提供第一功率参考、第二功率参考和第三功率参考。该方法进一步包括分别基于第一功率参考、第二功率参考和第三功率参考来控制第一相双有源桥式转换器、第二相双有源桥式转换器和第三相双有源桥式转换器的操作，以用于向电池提供DC充电电压。如在下面更详细讨论的那样，控制电路和操作方法提供可选地用于车载的车辆充电系统的单级设计，该单级设计补偿了电网扰动而仅具有功率因数的边际下降。尽管电气电网中存在非平衡电压的情况，但是可以提供DC输出，并且与现有的双级控制电路相比，本专利技术可以在事实上没有附加硬件的情况下用数字逻辑实现。当根据随附附图和所附权利要求来看时，本专利技术的这些和其它特征和优点将从本专利技术的以下描述中变得显而易见。附图说明图1是现有技术的控制电路，包括用于对车辆电池充电的第一级转换器和第二级转换器。图2是根据本专利技术的实施例的用于对车辆电池充电的单级控制电路的示意图。图3是单级AC/DC配置中的隔离DAB的示意图。图4是根据本专利技术的实施例的电池充电应用中的三相DABAC/DC系统的示意图。图5是在图2中图示的单级控制电路中使用的控制方案的流程图。图6描绘了根据本专利技术的实施例的DAB控制算法。图7描绘了根据本专利技术的实施例的功率平衡算法。图8是模拟结果，其描绘了在按每一DAB参考7kW下三相隔离的DAB的从非平衡的480V电网输入到300V（DC）输出的输出。具体实施方式在此公开的实施例包括DAB控制电路和相关的操作方法。DAB控制电路非常适合用于单级DAB转换器，并且补偿AC电网电压中的电网扰动。如以下阐述那样，DAB控制电路可操作，以使用克拉克—帕克变换和逆克拉克—帕克变换基于重建的电压值来控制单级DAB转换器的操作。虽然在此与用于车辆电池的单一设计有关地进行了描述，但是DAB控制电路和相关方法可以如想要的那样使用于其它应用中。参考图2，图示并一般地指明了根据一个实施例的单级DAB控制电路10。控制电路10包括转换器单元12，其被电耦合到三相电源14。控制电路10还包括控制器16，以用于取决于对三相电源14的电压测量来将控制信号提供给转换器单元12。在当前实施例中，转换器单元12包括三个DAB转换器（如图4中所示），每个转换器具有八个可控制的开关，而在其它实施例中，转换器单元12包括两个DAB转换器。如以下阐述那样，尽管三相电源14中存在有非平衡电压，DAB转换器的可控制的开关也由控制器16操作以向电池18提供DC电压。在当前实施例中，控制器16提供脉冲宽度调制的控制信号（在图2中被描绘为CNTL）以用于驱动DAB转换器的各个开关（例如，SiMOSFET或HEMT开关）。在图3中示出了来自转换器单元12的单个DAB转换器。特别是，图3图示了单级AC/DC配置中的隔离DAB拓扑。如在本领域中已知的那样，隔离DAB拓扑从电压源接收随时间变化的DC源电压，例如整流的AC电网电压。DC源电压被提供给包括四个初级侧开关的输入桥。输入桥的输出被提供给隔离变压器的初级线圈。隔离变压器的次级将AC输出电压递送到输出桥，该输出桥包括四个次级侧开关。来自于输出桥的所得到的DC输出电压被提供给负载。在使用矩阵初级配置或前端120Hz整流器的情况下，DAB既被用作为功率因数校正（PFC）级，又被用作为DC输出调节级。该源将在其输入处汲取功率并且以某一效率η在其输出处源发功率，使得有并且受“功率参考”命令控制。图4中示出了来自转换器单元12的三个DAB级。每个DAB级包括三相AC/DC系统以使得一个DAB负责单个AC相的PFC，并且通过所有三个DAB输出的组合来实现DC输出。为了说明的目的，在从三相电网对高电压（HV）电池充电的应用中应该考虑该系统。然而，应当注意的是，这仅仅是一种可能的应用，并且本专利技术可以应用于其中潜在地存在非平衡三相源和针对DC输出的必要性的任何三相AC/DC系统。为了纠正由于非平衡的电网所致的三相单级DABAC/DC对输出纹波的易受影响性，控制器16动态地适配DAB的功率参考，以使得它们的输出功率总是平衡的。这将必然地以略微降低电网侧功率因数为代价，但是所提出的算法假设当电网已经失真时DC功率输出为更高优先级。参照图5，图示了对控制器16的操作进行图示的流程图。流程图表示由控制器16执行的许多个方法步骤。也就是，控制器16包括如下指令：当其被执行时引起控制器16执行数字逻辑中的某些方法步骤。下面与电压检测模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于为了对电池充电而将来自三相AC电源的功率转换为DC功率的控制系统，所述控制系统包括：电压检测模块，被适配为提供指示三相AC电源的每一相中的电压的值的电压分量值；第一变换模块，并且被适配为使用克拉克—帕克变换把来自静止参考系的电压分量值转换为旋转参考系中的第一参考电压信号和第二参考电压信号；电平偏移模块，被适配为补偿第一参考电压信号和第二参考电压信号，以模拟平衡的三相AC电源；第二变换模块，被适配为使用逆克拉克—帕克变换把经补偿的第一参考电压信号和第二参考电压信号从旋转参考系转换到静止参考系，第二变换模块提供第一功率参考、第二功率参考和第三功率参考作为输出；和转换器控制模块，被适配为基于第二变换模块的输出来控制第一相双有源桥式转换器、第二相双有源桥式转换器和第三相双有源桥式转换器的操作，以用于向电池提供DC充电电压。

【技术特征摘要】
2017.08.11 US 62/5443581.一种用于为了对电池充电而将来自三相AC电源的功率转换为DC功率的控制系统，所述控制系统包括：电压检测模块，被适配为提供指示三相AC电源的每一相中的电压的值的电压分量值；第一变换模块，并且被适配为使用克拉克—帕克变换把来自静止参考系的电压分量值转换为旋转参考系中的第一参考电压信号和第二参考电压信号；电平偏移模块，被适配为补偿第一参考电压信号和第二参考电压信号，以模拟平衡的三相AC电源；第二变换模块，被适配为使用逆克拉克—帕克变换把经补偿的第一参考电压信号和第二参考电压信号从旋转参考系转换到静止参考系，第二变换模块提供第一功率参考、第二功率参考和第三功率参考作为输出；和转换器控制模块，被适配为基于第二变换模块的输出来控制第一相双有源桥式转换器、第二相双有源桥式转换器和第三相双有源桥式转换器的操作，以用于向电池提供DC充电电压。2.根据权利要求1所述的控制系统，其中，分量电压值被作为三相电压矢量输出到集成电路以用于执行功率平衡算法。3.根据权利要求2所述的控制系统，其中，集成电路包括第一变换模块、电平偏移模块和第二变换模块。4.根据权利要求1所述的控制系统，其中，转换器控制模块被适配为控制第一相双有源桥式转换器、第二相双有源桥式转换器和第三相双有源桥式转换器中的每一个的多个开关。5.根据权利要求1所述的控制系统，其中，第一相双有源桥式转换器、第二相双有源桥式转换器和第三相双有源桥式转换器构成用于输出到电池的单级转换器。6.根据权利要求1所述的控制系统，其中，第一变换模块包括三相锁相环（PLL）算法以用于将电压分量值从静止参考系转换到旋转参考系。7.根据权利要求1所述的控制系统，其中，电平偏移模块被适配为基于第一变换模块的输出来检测在三相AC电源中的非平衡负载的情况。8.根据权利要求1所述的控制系统，其中，第二变换模块被适配为计算来自第一相双有源桥式转换器、第二相双有源桥式转换器和第三相双有源桥式转换器中的每一个的想要的功率输出。9.根据权利要求1所述的控制系统，其中，电池是车辆电池，并且其中所述控制系统构成车载车辆充电系统的部分。10.根据权利要求1所述的控制系统，其中，第一功率参考、第二功率参考和第三功率参考对应于第一相双有源桥式转换器、第二相双有源桥式转换器和第三相双有源桥式转换器的针对平衡负载条件的功率输出。11.一种用于为了对电池充电而将来自三相AC电源的功率转换为DC功率的方法，所述方法包括：确定指示三相AC电源的每一相中的电压的值的电压分量值；使用克拉克—帕克变换将来...

【专利技术属性】
技术研发人员：PM强生，AW布朗，
申请(专利权)人：赫拉胡克两合公司，
类型：发明
国别省市：德国,DE