无电阻器预充电制造技术

本发明专利技术涉及无电阻器预充电。升压PFC转换器（11），其包括整流器（12）、转换器（13）和包含输出电容器（6）的输出级，其中跨输出电容器（6）提出DC输出电压（7）。整流器包括以全桥配置而连接的四个整流元件，其中这四个整流元件中的上部两个是晶闸管（9.1、9.2）并且其中下部两个是二极管（9.3、9.4）。其中，晶闸管（9.1、9.2）被控制成使得仅在输入电压的每个半周期的一部分内断开，传到输出电容器（6）的每半周期的电流量是可控的并且可以使其非常小。因此，可以可控地限制用于为输出电容器（6）预充电的充电电流以使得不再需要庞大的预充电电阻器来避免高涌入电流。

No resistor precharge

【技术实现步骤摘要】
无电阻器预充电
本申请是申请号为：201410621792.4，专利技术名称为：无电阻器预充电的分案申请。本专利技术涉及转换器装置，其包括：包含用于连接AC输入电压的两个输入端子的输入级、用于将AC输入电压转换成DC输出电压的转换器级和包含输出电容的输出级，其中跨输出电容而提供DC输出电压，转换器装置还包括被布置在从两个输入端子之一到另一个并且包括所述输出电容的电流路径中的可控开关以及被适配成控制可控开关以用于在转换器装置的启动时为输出电容预充电的控制单元。本专利技术还涉及用于为转换器装置的输出电容预充电的对应方法，以及一种机动车辆，其包括至少一个电动机、用于驱动所述至少一个电动机的第一能量存储装置并且包括用于为第一能量存储装置充电的这样的转换器装置。
技术介绍
要以电力网功率供给（mainspowersupply）网络（即在从300W（瓦特）到十分之几（several10th）kW（千瓦）的功率范围中）而操作的许多电气设备被设计成接收DC输入电压。电力网供给通常是单相或多相AC电压电网，其因此必须被转换成DC电压以用于供给这样的设备。电气设备所需的DC电压通常由AC/DC功率供给单元（PSU）提供。功率供给单元可用于多种多样的应用，诸如例如计算机（诸如服务器或个人计算机）、存储设备和网络产业以及用于电信基础设施。但是它们还可用于感应式烹调/加热系统或自动充电器，特别是使用在电驱动的汽车和其它EV（电动车辆）或HEV（混合电动车辆）中的车载充电器（OBC）。这样的OBC为使用在这样的车辆中的高压牵引电池充电以用于直接从公共AC功率电网向发动机提供电功率。PFC转换器是许多当今的AC/DCPSU的前端级，其直接从AC电力网进行操作。PFC级将AC侧功率因数调整到接近于一（功率因数校正）并且它还将DC链路电压控制成恒定值，所述DC链路电压是独立于实际功率流而用于后续级的输入电压。通常在转换器输出处跨电容器而提供DC链路电压。那些PFC级中的大多数根据升压原理进行操作，即，在正常操作模式中的DC链路电压必须总大于AC输入电压的任何瞬时值，其可以被假设为随时间是正弦的，具有幅度ÛAC和角频率ω。标准升压PFC转换器包括用于整流AC输入电压的全桥二极管整流器，随后是升压电感和连接到第一输出端子的升压二极管。诸如IGBT、MOSFET、晶闸管（thyristor）等等之类的可控开关连接在升压电感与第二输出端子之间并且DC链路电容器连接在两个输出端子之间。如已经提及的，正常操作模式中的DC链路电压必须在每个单个时间点处大于AC输入电压。但是在升压PFC转换器的启动之前，DC链路电容通常被放电，这意味着跨DC链路电容器的电压通常为0V（伏特）。这意味着DC链路电容必须在转换器可以操作在其正常升压模式中之前被预充电。为了避免高涌入电流，输入电压可以不直接连接到输出电容器，因为升压电感器的电感相当小并且因此不足以充分限制充电电流。为这样的升压PFC转换器的DC链路电容预充电的已知解决方案是在充电电流路径中提供电阻器R以使得限制流到DC链路电容器中的电流。一旦DC链路电容器被完全充足电，通过闭合与电阻器R并联连接的开关来旁通电阻器R。开关可以实现为机电继电器或者通过不同类型的可开关功率半导体来实现，像是例如IGBT、MOSFET或晶闸管。用于电阻器R的不同位置是可能的，要么在AC侧，例如在输入端子与整流器之间，要么在DC侧，例如在第二输出端子与整流器之间。在某些应用中还提供浪涌二极管，其旁通升压二极管和升压电感。在另一已知解决方案中提供两个附加二极管，它们中的每一个以导通方向从转换器的输入端子中不同的一个连接到充电电流限制电阻器（其自身连接到输出电容器）。另外，整流器的两个二极管被晶闸管取代，使得通过关断晶闸管，输入端子从升压电感断开。因此，输入电流通过附加二极管和电阻器流到输出电容器。为了控制晶闸管，提供控制单元，其连接到输出电容器，以使得为控制单元供给电能来提供用于晶闸管的控制信号。因此，由于输出电容器未在转换器启动时被充电，控制单元未被加电并且因此晶闸管被关断。一旦输出电容器被充电至某个水平，控制单元就被加电。然后它能够接通晶闸管以使得旁通附加二极管和电阻器，从而停止输出电容器的预充电并且开始转换器的正常升压操作。文档EP1186093B1（AscomEnergySystem（亚斯康能量系统）AG）公开了用于为输出电容器预充电的另一解决方案。整流器二极管之一被晶闸管18取代并且与该晶闸管18并联地提供包括二极管20和电阻器19的预充电路径2。在启动时，晶闸管关断使得电流通过预充电路径2流到输出电容器。包括分压器25、参考电压26、限制二极管27和比较器28的控制电路提供用于控制晶闸管18的控制信号。现有技术的主要缺点在于在输出电容器的充电期间需要电阻器来限制充电电流。在预充电间隔期间，大电流流过该电阻器并且因此大量功率必须通过它耗散成热。出于热学原因，该电阻器必须具有相当庞大的体积，这还导致关于功率供给的组件布局和电阻器的热连接的某些约束。另一缺点是以下事实：除了电阻器自身之外，需要附加组件，诸如例如二极管、可控开关或甚至相当复杂的控制电路，这不仅导致增加的空间需求还导致增加的制造成本。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供关于初始提及的
的转换器装置，其使得能够通过减少设计约束而实现较为简单的设计。本专利技术的另外的目的是提供具有减少的空间需求和降低的制造成本的这样的转换器装置。本专利技术的另一目的是提供包括这样的转换器装置的机动车辆并且本专利技术的又一目的是提供用于提供这样的转换器装置的方法。本专利技术的解决方案由权利要求1的特征指定。根据本专利技术的转换器装置包括：包含用于连接AC输入电压的两个输入端子的输入级、用于将AC输入电压转换成DC输出电压的转换器级和包含输出电容的输出级，其中跨输出电容而提供DC输出电压。转换器装置还包括被布置在从两个输入端子之一到另一个的电流路径中的可控开关，其中电流路径包括输出电容。此外，转换器装置包括控制单元，其被适配成控制可控开关以用于在转换器装置启动时为输出电容预充电。根据本专利技术，控制单元被适配成在启动期间控制可控开关，使得在输入电压的至少一半周期期间可控开关的占空比在0与1之间。要注意，如以下概述的那样，在许多应用中需要不仅一个而是两个（或甚至更多）这样的可控开关。通过恰当地控制可控开关使得开关仅在输入电压的半周期的一部分内断开，可以容易地调节在输入电压的每半周期经过可控开关的电流量。因此，整流AC电压的半周期的仅小且可控的分段有效地经过而到DC链路电容器，产生仅小（即有限）的充电电流。为此，不再需要用于电流限制的预充电电阻器。由于可以省略庞大的预充电电阻器，可以显著减少设计约束。另外，通过省略预充电电阻器，可以降低组件的数目以及制造成本。另外，不仅可以省略预充电电阻器而且还可以减少诸如二极管、可控开关或者甚至复杂控制电路之类的附加组件的数目。与其中对于整个预充电时间（即直到跨输出电容器的输出电压已经达到其最终水平）而言可控开关要么接通要么关断的现有技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.转换器装置，其包括：包含用于连接AC输入电压的两个输入端子的输入级、用于将AC输入电压转换成DC输出电压的转换器级和包含输出电容的输出级，其中跨输出电容而提供DC输出电压，转换器装置还包括被布置在从两个输入端子之一到另一个并且包括所述输出电容的电流路径中的可控开关以及被适配成控制可控开关以用于在转换器装置的启动时为输出电容预充电的控制单元，并且其中控制单元被适配成在启动期间控制可控开关，以使得在输入电压的至少一半周期期间，可控开关的占空比在0与1之间，其特征在于，所述转换器装置包括辅助功率供给，用于至少在转换器装置的启动期间向控制单元提供功率。/n

【技术特征摘要】
20131108 EP 13192249.41.转换器装置，其包括：包含用于连接AC输入电压的两个输入端子的输入级、用于将AC输入电压转换成DC输出电压的转换器级和包含输出电容的输出级，其中跨输出电容而提供DC输出电压，转换器装置还包括被布置在从两个输入端子之一到另一个并且包括所述输出电容的电流路径中的可控开关以及被适配成控制可控开关以用于在转换器装置的启动时为输出电容预充电的控制单元，并且其中控制单元被适配成在启动期间控制可控开关，以使得在输入电压的至少一半周期期间，可控开关的占空比在0与1之间，其特征在于，所述转换器装置包括辅助功率供给，用于至少在转换器装置的启动期间向控制单元提供功率。


2.根据权利要求1所述的转换器装置，其中所述电流路径一般是无电阻器的。


3.根据权利要求1至2中任一项所述的转换器装置，其形成PFC转换器，特别是升压PFC转换器。


4.根据权利要求1所述的转换器装置，包括用于连接外部功率源的辅助功率输入，其中辅助功率供给连接到辅助功率输入，其中辅助功率输入优选地被配置成从机动车辆的低压电池接收DC功率。


5.根据权利要求1至4中任一项所述的转换器装置，其中转换器装置被适配成在转换器装置的启动之后向控制单元提供功率。


6.根据权利要求1至5中任一项所述的转换器装置，其中可控开关包括晶闸管并且其中控制单元被适配成通过相位角控制来控制可控开关。


7.根据权利要求6所述的转换器装置，其中控制单元被适配成在预定触发相位角处接通晶闸管，其中将转换器启动开始时的触发相位角选取成在165°与180°之间并且其中触发相位角从输入电压的半周期到半周期地按Δα的角度而减小，其中Δα在0°与15°之间、优选地在0.1°与5°之间。


8.根据权利要求7所述的转换器装置，其中控制单元被适配成从半周期到半周期地变化Δα，特别是从半周期到半周期地增加Δα。
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【专利技术属性】
技术研发人员：M胡夫纳格，F沙夫梅斯特，
申请(专利权)人：泰达电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：泰国;TH