用于减少共模漏电流的转换器调制制造技术

本文描述了一种用于控制电对称电力电路的方法，以减少共模漏电流。所述方法可包括例如控制器电路，所述控制器电路被配置为控制所述电对称电力电路的多个开关，使得当所述电力电路耦合到电网时，所述多个开关中的一个或多个电对称开关对以相同的操作状态操作，以减少所述共模漏电流。还描述了适于电流纹波和总THD失真减少的变型，所述变型可用于车辆到电网电力传送情况。网电力传送情况。网电力传送情况。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于减少共模漏电流的转换器调制
[0001]交叉引用
[0002]本申请是2020年6月24日提交的名称为CONVERTER MODULATION FOR REDUCTION OF COMMON
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MODE LEAKAGE CURRENT的美国申请号63/043,573的非临时申请并且要求其所有权益(包括优先权)，该申请以全文引用方式并入本文。


[0003]本公开的实施方案总体上涉及充电器技术的领域，并且更具体地，实施方案涉及用于减少共模漏电流和/或谐波失真的装置、系统和方法。
[0004]引言
[0005]近年来，电动车辆(EV)在汽车市场上引起了很大的兴趣。随着环境问题突出和EV技术改进，预计电动汽车将获得市场份额并且增加其经济和社会相关性。
[0006]充电基础设施是这种转型的关键方面。随着EV占有率增长，充电网络在功率密度、效率和成本方面的需求也增长，从而促使学术界和工业都投入了大量的研究和开发工作。

技术实现思路

[0007]当设计用于实现的电路拓扑时，在非隔离转换器上存在共模电流是重要考虑因素。特别地，这个问题在安全性和竞争力两个方面都有影响，因为变压器典型地是选择的解决方案并且可能对高电力电路引入严重缺点。本文所述的改进的高电力电路可例如包括被配置为用于给电动车辆充电或从电动车辆通电，包括适于存在电动车辆本身上或耦合到电动车辆本身的车载电路，和/或适于给电动车辆充电/从电动车辆充电的充电站的改进的电路。如本文所述，改进的电路适于在电系统的操作的电特性方面提供实际的技术改进，从而例如通过减少非隔离转换器的漏电流和/或失真来改进潜在安全分布。因此，可使用电路控制机构而不是转换器隔离来实现转换器隔离的某些移除，从而潜在地减少电路复杂性、重量和部件花费。申请人已经在实验上验证了所描述的方法的某些实施方案。
[0008]提供共模性能分析以描述可用于在不利用隔离变压器的情况下解决共模漏电流问题的工具，这可能导致潜在地更便宜、更功率密集且高效的转换器拓扑。
[0009]共模漏电流可能是危险的，特别是在电动车辆充电的背景下。例如，可能发生接地故障并且产生不安全状况，其中有人可能受伤或财产可能受损。因此，很多充电器有防止接地故障的要求。尽管已经考虑的方法涉及使用电隔离，但这些方法可能是不切实际且笨重以及昂贵的。在便携式电子器件(诸如设置在电动车辆或电动车辆基础设施上的那些)的情况下，笨重(例如，大体积)电路可特别地不切实际。
[0010]在本文所述的各种实施方案中，反而引入能够消除对称非隔离转换器上的共模漏电流的调制技术。在一些情况下，所提出的调制方法是有益的，因为其可在不要求附加硬件的情况下操作并且可在转换器上施加最小附加成本或没有附加成本。所提出的调制方法是与改进电路的安全性相关的技术问题的技术解决方案(例如，减少在接地故障的情况下可能导致伤害的不安全共模漏电流的可能性)。在本文的另一个实施方案中，描述了还减少总
谐波失真(THD)的另一变型。例如，可使用类似的电部件但利用不同的控制软件或固件来完成THD减少变型。
[0011]所讨论的技术的一个合适的应用是给电动车辆充电，其中增加的密度和消息可具有决定性商业意义，因为此类特性与车辆里程和充电时间密切相关。
[0012]还介绍了也与各种实施方案的所呈现的调制方法相容的基于双逆变器传动系统的新颖对称DC快速充电拓扑。为单相对称充电器和新提出的对称DC快速充电器两者指定调制。在一些实施方案中，调制技术还可应用于各种其他对称拓扑(例如，用于任何对称拓扑)。
[0013]对单相充电电路和DC快速充电器执行模拟验证。所提出的调制成功地显著减少(即，在某些情况下消除)共模漏电流，同时维持实现次要目的(诸如THD改进和效率优化)的能力。THD是除了系统尝试传输的部件以外的部件中的能量的比率，例如，与正弦波相比。THD是实际应用中的重要考虑因素，因为电网公共事业设备通常具有对可接受的THD的规范以便合规(例如，5％)。这样做的原因是不期望大THD，因为连接的部件可能本质上已经施加了它们不是为其设计的电压。高THD还将其本身表现为更高的损耗(申请人主要对一次谐波感兴趣)，如果存在处于开关频率的THD，则这将暗示更多损耗、更高热量(需要更多冷却)，从而增加系统的体积。用于减少THD的替代方法可包括例如使用更大的滤波器等，但这些替代方法具有与体积和复杂性相关的实际缺点。
[0014]因此，描述了与其他改进的电特性(诸如电流纹波的减少和总THD减少)相关的变型实施方案。在变型实施方案中提供这些次要目的，如下所述。如本文所述，实现次要目的是有用的，其涉及车辆到电网电力流动变化。然而，减少漏电流是更重要的目的，并且申请人认为在非隔离电路方法中减少漏电流的方法是新颖贡献。
[0015]在这里引入的技术对于使用双逆变器传动系统的非隔离集成充电器的操作是重要且有用的。没有何种调制方法的替代方法可导致高漏电流、未能满足监管标准以及危害操作者和路人，并且本文描述的所提出的方法有助于通过提供与控制电路如何操作的技术方法相关的技术改进来提高整体电路安全性。
[0016]这种方法为各种类型的对称电路的安全操作和安全商业化提供了解决方案。该解决方案适合于具有固有对称的拓扑的转换器。所提出的方法由定义中心对称轴线和同时开关与对称轴线等距的开关组成。在这个背景下，由内开关和外开关组成的拓扑将使内开关串联操作并且与外开关的操作互补。在当前不可用对称的情况下，在一些实施方案中，可通过围绕对称轴线添加对称的电零件以对电路进行改型来建立对称(例如，将非对称电路转变为对称电路并且基于本文描述的各种实施方案相应地控制该对称电路)。控制器电路或控制模块耦合到开关以提供开关控制。为了展示这种功能，呈现了基于双逆变器的单相充电器的共模等效电路模型的推导。共模模型允许理解电路中的漏电流问题。展示所提出的调制技术以在单相充电过程中消除漏电流。
[0017]还基于双逆变器传动系统在对称半桥前端DC快速充电器上展示了漏电流减少/消除。引入并在各种实施方案中展示这种新颖拓扑以与所提出的调制方法一起工作来产生技术改进。由于非理想因素(例如，非完美匹配部件)，在一些情况下，漏电流显著减少并且未被消除。
[0018]在实施方案中，描述了一种用于调制电对称电力电路中的共模漏电流的方法，所
述方法包括：控制所述电对称电力电路的多个开关，使得当所述电力电路耦合到电网时，所述多个开关中的一个或多个电对称开关对以相同的操作状态操作，以减少所述共模漏电流；其中所述一个或多个电对称开关对中的每个开关具有开关节点，所述开关节点由对称支路连接并且跨对称轴线电对称。根据本文所述的调制方法来控制开关，并且所述开关适于有效地最小化所述漏电流。
[0019]可围绕对所述电对称开关对的所述开关节点具有相等或近似相等阻抗的任何电力点定义所述对称轴线。典型地存在一个对称轴线，并且控制器电路(或计算装置)用于耦合镜像的开关以例如通过施加选通脉冲以控本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种用于调制电力电路中的共模漏电流的方法，所述电力电路将以下项介接到电压源：两个能量存储装置、两个能量源，或者；一个能量存储装置和一个能量源，所述方法包括：控制电对称电力电路的多个开关，使得当所述电力电路耦合到电网时，所述多个开关中的一个或多个电对称开关对以相同的操作状态操作，以减少所述共模漏电流；其中所述一个或多个电对称开关对中的每个开关具有开关节点，所述开关节点由对称支路连接并且跨对称轴线电对称；并且其中所述对称轴线围绕对所述电对称开关对的所述开关节点具有相等或近似相等阻抗的任何电力点定义。2.如权利要求1所述的方法，其中所述电对称电力电路没有电力隔离。3.如权利要求1所述的方法，其中所述电对称电力电路的所有有源电元件具有对称的对应元件，所述有源电元件包括电压源和电流源中的至少一者。4.如权利要求3所述的方法，其中所述电对称电力电路在并网活动期间没有电力隔离。5.如权利要求2所述的方法，其中所述电对称电力电路是双逆变器驱动器。6.如权利要求5所述的方法，其中所述双逆变器驱动器是具有两个成镜像的电通路的单相充电器，每个电通路包括有源整流器级、能量存储装置和三个逆变器级，所述三个逆变器级中的每一者跨电感绕组耦合到对称的对应体。7.如权利要求6所述的方法，其中所述有源整流器具有开关Shb1，并且所述开关Shb1以所述电网的电网频率进行开关。8.如权利要求6所述的方法，其中所述三个逆变器级中的每一者的对应开关串联操作以具有相同的操作状态，所述三个逆变器级中的每一者以所述电网的电网频率进行操作。9.如权利要求8所述的方法，其中所述有源整流器具有开关Shb1，并且所述开关Shb1以所述电网的所述电网频率进行开关；并且所述开关Shb1的接通操作状态的中心相对于与所述三个逆变器级中的至少一者相对应的至少一个接通操作状态的中心同步。10.如权利要求1所述的方法，其中所述电对称电力电路是具有四开关对称降压DC
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DC前端的基于双逆变器的DC充电器。11.如权利要求10所述的方法，其中所述电对称电力电路包括具有开关Shb1的有源整流器，并且所述开关Shb1在接通操作状态下操作。12.如权利要求10所述的方法，其中所述电对称电力电路包括三个逆变器级，所述三个逆变器级中的每一者跨电感绕组耦合到对称的对应体，并且所述三个逆变器级中的每一者的对应开关在断开操作状态下操作。13.如权利要求10所述的方法，其中所述电对称电力电路包括具有开关Shb1的有源整流器；其中所述电对称电力电路包括三个逆变器级，所述三个逆变器级中的每一者跨电感绕组耦合到对称的对应体，并且所述三个逆变器级中的每一者的对应开关串联操作以具有相同的操作状态；并且其中所述有源整流器具有开关Shb1，并且所述开关Shb1以所述电网的所述电网频率进行开关；并且所述开关Shb1的接通操作状态的中心相对于与所述三个逆变器级中的至少一者相对应的至少一个接通操作状态的中心同步。
14.一种电路，所述电路具有对称拓扑，并且所述电路包括：具有四开关对称降压DC
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DC前端的基于双逆变器的DC充电器，所述基于双逆变器的DC充电器耦合到对称电压源或不对称电压源。15.如权利要求1所述的方法，所述方法包括通过使电部件成镜像以沿着电对称轴线实现电对称来对非对称非电流隔离电力电路进行改型以便提供所述电对称电力电路。16.如权利要求1所述的方法，其中所述调制的共模漏电流充分减少，使得在充电期间不触发接地故障指示器。17.如权利要求1所述的方法，其中所述电对称电力电路耦合到便携式充电器或耦合到电传动系统。18.如权利要求17所述的方法，其中所述电传动系统耦合到车辆，并且所述电传动系统在驱动模式下提供驱动功能并在静止模式下提供电力流动能力。19.如权利要求18所述的方法，其中所述电力流动能力适于双向电力流动。20.如权利要求7所述的方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：P，
申请(专利权)人：亿率动力有限责任公司，
类型：发明
国别省市：