基于电压和PFC的OBC预充电系统技术方案

本申请涉及基于电压和PFC的OBC预充电系统。一种用于电动交通工具的车载充电器包括可控硅整流器电路，该可控硅整流器电路被配置为接收AC输入电压并且输出第一AC整流的电压,功率因数校正电路，该功率因数校正电路被配置为接收整流的AC电压并且输出DC电压，DC链路电容器,该DC链路电容器接收DC电压作为电容器电压；以及控制器，该控制器被配置为根据DC电压在第一模式和第二模式下操作。在第一模式和第二模式下操作。在第一模式和第二模式下操作。

【技术实现步骤摘要】
基于电压和PFC的OBC预充电系统
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年3月16日提交的美国临时申请序列号62/990,087的利益，该美国临时申请的公开特此通过引用被全部并入本文。


[0003]在至少一个方面，提供了一种用于对电动或混合电动交通工具中的DC链路电容器进行预充电的方法和设备。
[0004]背景
[0005]在一些AC
‑
DC转换器(例如用于电动或混合电动交通工具电池的车载充电器(OBC))中使用的拓扑需要大电容器来充当能量缓冲器以从AC提供恒定的输出功率。该电容器被称为DC链路电容器或大容量电容器。
[0006]在正常操作期间，电容器保持充电状态高于AC电压的峰值，并且利用PFC转换器提供能量。然而，当转换器停止工作长到足以使DC链路被动放电的一段时间，其电压将远低于AC峰值电压。在这种情况下，如果电路被正常激活，则从AC电网涌入到DC链路的电流将损坏部件，导致转换器由于输入端的大电压和放电电容器的大尺寸而无法操作。
[0007]为此，需要一种方法来在转换器能够以正常操作工作之前使DC链路达到至少等于AC输入峰值的电压。一种常用的方法是将电阻器与继电器并联使用(该继电器在需要预充电时从AC连接到DC链路)，其中电阻器限制电流涌入。为了给大容量电容器充电，继电器断开，因此AC电流受到电阻器的限制。当大容量电容器充满电时，继电器闭合并且绕过电阻器。由于需要附加的部件和更大的印刷电路板，所以这种方法增加了成本。
[0008]因此，需要具有增强的预充电特征的改进的OBC设计。
[0009]概述
[0010]在至少一个方面，用于提供基于电压的预充电的车载充电器包括与提供AC输入电压的AC电源电通信的可控硅整流器电路和与可控硅整流器电通信的功率因数校正电路，以及与功率因数校正电路电通信的DC链路电容器。功率因数校正电路具有DC链路电容器电压。控制器被配置为当AC输入电压处于所述AC输入电压的半循环中的具有指向0伏的斜率的位置时以及当瞬时电容器电压低于预先确定的电压阈值时触发可控硅整流器电路。典型地，电压阈值在下一个半循环中递增，使得DC链路电容器电压递增地增加，直到最终以预定义的DC链路工作电压或预定义的DC链路工作电压的预定义量内的电压被加载。
[0011]在另一个方面，在预充电的第一部分(即，第一模式)中，其中仅SCR用于对电容器进行预充电，阈值根据电容器电压来定义，并且被调整为高于电容器电压的某个电压裕量(margin)。典型地，当整流器AC电压具有指向0的斜率并且低于定义的阈值电压时，SCR被触发。
[0012]在另一个方面，提供了一种用于电动或混合电动交通工具的车载充电器。车载充电器包括可控硅整流器电路，该可控硅整流器电路被配置为接收AC输入电压并输出整流的AC电压。车载充电器还包括功率因数校正电路，该功率因数校正电路被配置为接收整流的
AC电压并输出DC电压。DC链路电容器接收DC电压作为DC链路电容器电压。控制器被配置为根据DC电压在第一模式和第二模式下操作。在第一模式下，当DC电压低于或等于预定义的电压值时，DC链路电容器以电压阶跃进行充电，其中在每个电压阶跃之后，将用于触发可控硅整流器电路的电压阈值与DC电压进行比较。典型地，当电压阈值低于预定义的电压值时，充电继续。因此，在充电周期期间，可控硅整流器电路被用触发脉冲触发，以使能能量流动，使得DC链路电容器在每个电压阶跃之后随着电压阈值增加而充电。最后，在第二模式下，当DC电压高于预定义的电压值时，功率因数校正电路操作以提升(boost)电容器电压。
[0013]在又一个方面，通过触发输入整流器晶闸管直到定义的电平，预充电的OBC内部DC链路电容器以小的电压阶跃进行充电。预充电通过在升压模式下激活PFC级来完成。
[0014]在又一个方面，根据与整流的AC电压的下降电压进行比较的DC链路电容器电压处的当前电压来选择电压阈值。全桥整流器中的相应晶闸管被触发以使能充电。当DC链路电容器电压达到定义的值(例如，预定义的DC链路工作电压或预定义的DC链路工作电压的预定义量内的电压)时，晶闸管在同一阈值触发，并且PFC在升压模式下被激活以完成充电过程。
[0015]有利的是，本文提出的OBC提供了平滑的DC链路充电，最小化了电流峰值，从而减少了EMI并且增加了电容器工作寿命，而不需要特定的预充电级(电阻器和继电器)。此外，OBC减少了部件的数量和OBC的总体积，同时提供了改进的充电进程(更好的EMC)和灵活性，从而允许更早地激活PFC。
[0016]附图简述
[0017]为了对本公开的性质、目的和优点的进一步理解，应当参考结合下面的附图阅读的下面的详细描述，其中相似的参考数字表示相似的要素，以及其中：
[0018]图1A是车载充电系统示意图。
[0019]图1B是朝向零的AC斜率的曲线图。
[0020]图1C是图1A的车载充电系统的控制器的示意图。
[0021]图1D是具有带有用于整流的晶闸管的图腾柱(Totem Pole)PFC的无桥拓扑的示意图。
[0022]图2A是示出了在电容器电压低于或等于预先确定的电压值的操作模式期间SCR的操作的示意图。
[0023]图2B是图2A所示的操作期间的电压和AC电流的曲线图。
[0024]图3A和3B示出了在电容器电压高于预先确定的电压值的操作模式期间SCR和PFC的操作的示意图。
[0025]图3C是图3A和3B所示的操作期间的电压和AC电流的曲线图。
[0026]图4是示出了AC峰值检查的曲线图。
[0027]图5是示出了递减电压检测的曲线图。
[0028]图6是示出了最小触发增量的曲线图。
[0029]详细描述
[0030]现在将详细地参考本专利技术的目前优选的实施例和方法，其构成专利技术人目前已知的实践本专利技术的最佳方式。附图不一定是按比例绘制的。然而，应理解，所公开的实施例仅是本专利技术的示例，本专利技术可以以各种形式和替代性形式实施。因此，本文所公开的具体细节不
应被理解为限制性的，而是仅作为用于本专利技术的任何方面的代表性基础，和/或作为用于教导本领域技术人员以各种方式利用本专利技术的代表性基础。
[0031]还应理解，本专利技术不限于以下所描述的具体实施例和方法，因为具体的部件和/或条件当然可以变化。另外，本文所使用的术语仅为了描述本专利技术的特定实施例的目的而使用并且不意图以任何方式进行限制。
[0032]还必须注意的是，如在说明书和所附权利要求书中所使用的，除非上下文另有明确指示，否则单数形式“一(a)”、“一(an)”和“该(the)”包括复数指示物。例如，以单数形式提及的部件意图包括多个部件。
[0033]术语“包括(comprising)”是“包括(including)”、“具有(having)”、“包含(containing)”、或“特征在于(cha本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种车载充电器，包括：可控硅整流器电路，所述可控硅整流器电路被配置为接收AC输入电压并且输出整流的AC电压；功率因数校正电路，所述功率因数校正电路被配置为接收所述整流的AC电压并且输出DC电压；DC链路电容器，所述DC链路电容器加载有所述DC电压作为DC链路电容器电压；以及控制器，所述控制器被配置为以第一模式触发所述可控硅整流器电路，所述第一模式在所述AC输入电压处于所述AC输入电压的半循环的具有指向0伏的斜率的位置时发生，其中，当瞬时电容器电压低于电压阈值时，所述电压阈值在下一个半循环中递增，使得所述DC链路电容器电压递增地增加，直到最终被以预定义的DC链路工作电压或所述预定义的DC链路工作电压的预定义量内的电压加载。2.根据权利要求1所述的车载充电器，其中，当所述DC电压低于或等于预定义的电压值时，实现所述第一模式。3.根据权利要求2所述的车载充电器，其中，所述DC链路电容器以电压阶跃充电，其中，用于触发所述可控硅整流器电路的所述电压阈值在每个电压阶跃之后增加，直到所述电压阈值达到所述预先确定的电压值，并且在所述电压阈值低于所述预定义的电压值时继续充电，使得在充电周期期间，所述可控硅整流器电路由触发脉冲触发，以使能量能够流动，使得所述DC链路电容器在每个电压阶跃之后随着所述电压阈值增加而充电。4.根据权利要求3所述的车载充电器，其中，所述控制器还能操作以在第二模式下操作，在所述第二模式下，所述DC链路电容器电压高于所述预定义的电压值，所述功率因数校正电路操作以提升所述DC链路电容器电压。5.根据权利要求4所述的车载充电器，其中，在所述第二模式下，所述功率因数校正电路是工作的。6.根据权利要求1所述的车载充电器，其中，所述可控硅整流器电路包括全波整流器，所述全波整流器包括第一整流器臂中的第一晶闸管和第二整流器臂中的第二晶闸管。7.根据权利要求6所述的车载充电器，其中，所述可控硅整流器电路的所述全波整流器还包括所述第一整流器臂中的第一二极管和所述第二整流器臂中的第二二极管。8.根据权利要求1所述的车载充电器，其中，所测量的AC输入电压在与先前测量的峰值AC输入电压的预先确定的电压差以内。9.根据权利要求8所述的车载充电器，其中，所述预先确定的电压差是至少20V。10.根据权利要求1所述的车载充电器，其中，所测量的AC输入电压小于对于预先确定数量的连续测量样本的平均峰值电压。11.根据权利要求1所述的车载充电器，其中，连续触发脉冲之间的时间周期比所述AC输入电压的时间周期的一半小预先确定的时间差。12.根据权利要求11所述的车载充电器，其中，所述预先确定的时间差约为500μs。13.根据权利要求1所述的车载充电器，其中，在所述整流的AC电压的下降的四分之一期间，每隔AC半循环进行充电。14.一种用于电动交通工具的车载充电器，所述车载充电器包括：可控硅整流器电路，所述可控硅整流器电路被配置为接收AC输入电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：塞萨尔，
申请(专利权)人：李尔公司，
类型：发明
国别省市：