脈沖寬度調(diào)制諧振轉(zhuǎn)換器及使用其的用于車(chē)輛的充電器的制造方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】脈沖寬度調(diào)制諧振轉(zhuǎn)換器及使用其的用于車(chē)輛的充電器
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求2014年7月4日向韓國(guó)知識(shí)產(chǎn)權(quán)局提交的韓國(guó)專(zhuān)利申請(qǐng)N0.10-2014-0083556的優(yōu)先權(quán)和利益，該申請(qǐng)的全部?jī)?nèi)容通過(guò)該引用結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及一種脈沖寬度調(diào)制諧振轉(zhuǎn)換器及使用其的用于車(chē)輛的充電器。
【背景技術(shù)】
[0004]目前，由于安裝在需求快速上升的電動(dòng)車(chē)輛(在下文中，稱(chēng)為“EV”)和可插式混合動(dòng)力型車(chē)輛內(nèi)的充電器是與車(chē)輛的燃料效率直接關(guān)聯(lián)的非常重要的組件，因此對(duì)于高效率的需求增加。由于車(chē)載型充電器使用商用電力作為輸入，商用電力需要在大約90Vrms到265Vrms的輸入電壓范圍中使用，需要具有功率因數(shù)提高，并且需要根據(jù)電池規(guī)格對(duì)應(yīng)于在大約250伏至450V的大范圍內(nèi)的充電電壓。
[0005]為了滿足該要求，通過(guò)功率因數(shù)校正(PFC)升壓轉(zhuǎn)換器(在下文中，被稱(chēng)為PFC變換器)的兩個(gè)步驟配置用于EV充電的轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器為用于功率因數(shù)提高的交流-直流(AC/DC)轉(zhuǎn)換器和配置成將來(lái)自PFC轉(zhuǎn)換器的DC電壓輸出轉(zhuǎn)換成電池充電電壓的DC/DC轉(zhuǎn)換器。在轉(zhuǎn)換器之中，DC/DC轉(zhuǎn)換器使用絕緣型變壓器以用于絕緣，并且絕緣型DC/DC轉(zhuǎn)換器對(duì)充電器的效率具有很大的影響。
[0006]對(duì)于用于商業(yè)化的EV充電器的DC/DC轉(zhuǎn)換器，主要使用移相全橋(在下文中，被稱(chēng)為“PSFB”)類(lèi)型的轉(zhuǎn)換器，并且在PSFB型轉(zhuǎn)換器中，軟切換在相當(dāng)?shù)拓?fù)載處可能是困難的，過(guò)度的內(nèi)部電壓施加到次級(jí)側(cè)的整流終端以使用具有相當(dāng)大傳導(dǎo)損耗的元件，并且需要用于降低電壓浪涌的吸收電路。因此，對(duì)于PSFB型轉(zhuǎn)換器，使在最大負(fù)載處的效率超過(guò)大約92%可能是困難的。
[0007]在這部分中所公開(kāi)的上述信息僅用于增強(qiáng)對(duì)本發(fā)明的【背景技術(shù)】的理解，因此，它可包括不形成在本國(guó)中對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員已知的現(xiàn)有技術(shù)的信息。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明提供一種脈沖寬度調(diào)制諧振轉(zhuǎn)換器，其降低次級(jí)二極管的內(nèi)部電壓并且不管負(fù)載如何而零電壓切換，以及提供一種使用該脈沖寬度調(diào)制諧振轉(zhuǎn)換器的用于車(chē)輛的充電器。
[0009]本發(fā)明的示例性實(shí)施方案提供一種脈沖寬度調(diào)制諧振轉(zhuǎn)換器，其可包括:變壓器、開(kāi)關(guān)單元和整流單元，其中所述開(kāi)關(guān)單元包括電連接至所述變壓器的初級(jí)線圈的第一到第四開(kāi)關(guān)，并且可配置成通過(guò)第一到第四開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)操作將DC電壓轉(zhuǎn)換成AC電壓，其中當(dāng)兩端之間的電壓差大約為0時(shí)每個(gè)開(kāi)關(guān)從斷開(kāi)狀態(tài)切換到接通狀態(tài)；所述整流單元包括輸出電容器、電連接至所述變壓器的次級(jí)線圈的第一到第四二極管，以及具有電連接至所述變壓器的次級(jí)線圈的諧振電容器和諧振電感器的諧振儲(chǔ)能電路。
[0010]具體而言，所述變壓器的次級(jí)線圈的一端可電連接至第一和第二二極管的接觸點(diǎn)，諧振儲(chǔ)能電路可電連接在所述變壓器的次級(jí)線圈的另一端與第三和第四二級(jí)管的接觸點(diǎn)之間，以及輸出電容器可電連接在第一和第四二極管的接觸點(diǎn)與第二和第三二極管的接觸點(diǎn)之間。
[0011]此外，所述變壓器的初級(jí)線圈的一端(例如，第一端)可電連接至第一和第二開(kāi)關(guān)的接觸點(diǎn)，所述第一和第二開(kāi)關(guān)彼此串聯(lián)連接，所述變壓器的初級(jí)線圈的另一端(例如，第二端)可電連接至第三和第四開(kāi)關(guān)的接觸點(diǎn)，所述第三和第四開(kāi)關(guān)彼此串聯(lián)連接。此外，輸入電容器可電連接在第一開(kāi)關(guān)和第二開(kāi)關(guān)之間。
[0012]本發(fā)明的另一個(gè)示例性實(shí)施方案提供一種用于車(chē)輛的充電器，所述充電器配置成充電將電力供應(yīng)至車(chē)輛的電動(dòng)發(fā)電機(jī)的高壓電池和將電力供應(yīng)至車(chē)輛的電場(chǎng)的低壓電池，所述充電器包括:AC/DC轉(zhuǎn)換器、第一轉(zhuǎn)換器和低壓電源單元，其中所述AC/DC轉(zhuǎn)換器配置成將輸入AC電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓；所述第一轉(zhuǎn)換器包括形成于變壓器的初級(jí)側(cè)的多個(gè)開(kāi)關(guān)，和形成于所述變壓器的次級(jí)側(cè)的諧振電感器和諧振電容器，并且配置成通過(guò)調(diào)節(jié)從AC/DC轉(zhuǎn)換器輸出的DC電壓的電平產(chǎn)生用于充電高壓電池的第一電壓；所述低壓電源單元配置成通過(guò)將第一轉(zhuǎn)換器的輸出電壓或高壓電池的輸出電壓設(shè)置為第一固定電壓并且基于所述第一固定電壓逐步減低輸出電壓來(lái)產(chǎn)生用于充電低壓電池的第二電壓。
[0013]具體而言，低壓電源單元可包括固定電壓發(fā)生器和低壓DC/DC轉(zhuǎn)換器，其中所述固定電壓發(fā)生器配置成通過(guò)第一固定電壓維持所述第一轉(zhuǎn)換器的輸出電壓或高壓電池的輸出電壓，所述低壓DC/DC轉(zhuǎn)換器配置成在通過(guò)調(diào)節(jié)占空比將從固定電壓發(fā)生器輸出的第一固定電壓轉(zhuǎn)換成第二電壓之后，通過(guò)第二電壓充電低壓電池。此外，固定電壓發(fā)生器可包括第一開(kāi)關(guān)、二極管和電感器，其中所述第一開(kāi)關(guān)電連接至所述第一轉(zhuǎn)換器的輸出終端和所述高壓電池的一端(例如，第一端)，所述二極管電連接至第一開(kāi)關(guān)和高壓電池的另一端(例如，第二端)，以及所述電感器電連接至所述第一轉(zhuǎn)換器的輸出終端和所述高壓電池的一端。
[0014]在高壓電池可被充電的第一模式下，所述第一開(kāi)關(guān)處于接通狀態(tài)，以及在低壓電池可被充電的第二模式中，所述第一開(kāi)關(guān)、二極管和電感器可被配置成作為降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行操作。此外，所述固定電壓發(fā)生器可進(jìn)一步包括第二開(kāi)關(guān)，所述第二開(kāi)關(guān)并聯(lián)連接至所述第一開(kāi)關(guān)并且電連接至所述第一轉(zhuǎn)換器的輸出終端和所述高壓電池的一端。具體而言，在高壓電池可被充電的第一模式下，所述第二開(kāi)關(guān)可處于接通狀態(tài)，以及在低壓電池可被充電的第二模式中，所述第二開(kāi)關(guān)可處于斷開(kāi)狀態(tài)，并且第一開(kāi)關(guān)、二極管和電感器可配置成作為降壓型DC/DC轉(zhuǎn)換器進(jìn)行操作。
[0015]同時(shí)，低壓電源單元可被配置成在車(chē)輛停止時(shí)基于所述第一轉(zhuǎn)換器的輸出電壓維持第一固定電壓，并且在車(chē)輛行駛時(shí)基于高壓電池的輸出電壓維持第一固定電壓。根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的脈沖寬度調(diào)制(PWM)諧振轉(zhuǎn)換器的優(yōu)點(diǎn)在于，連接至變壓器的初級(jí)側(cè)的多個(gè)開(kāi)關(guān)可利用初級(jí)側(cè)的磁化電感執(zhí)行零電壓切換以最小化開(kāi)關(guān)損失，并且當(dāng)電流在次級(jí)側(cè)流動(dòng)時(shí)，諧振電流通過(guò)諧振電感器和諧振電容器流動(dòng)以減小連接至次級(jí)側(cè)的二極管的內(nèi)部壓力。而且，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于，低壓DC/DC轉(zhuǎn)換器可被配置成更穩(wěn)定地接收固定電壓，而不管高壓電池的輸出電壓如何變化。
【附圖說(shuō)明】
[0016]現(xiàn)將參照由所附附圖顯示的本發(fā)明的某些示例性實(shí)施例來(lái)詳細(xì)描述本發(fā)明的以上和其他特征，這些附圖在下文中僅以顯示的方式給出，因而對(duì)本發(fā)明是非限制性的，在這些附圖中:
[0017]圖1為示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的EV充電系統(tǒng)的示例圖；
[0018]圖2為示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的PWM諧振轉(zhuǎn)換器和低壓電源單元的示例圖；
[0019]圖3A和3B、圖4、圖5A和5B、圖6、圖7A和7B、圖8、圖9A和9B以及圖10為示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的PWM諧振轉(zhuǎn)換器的操作的示例圖，其中圖3A表示模式1，圖3B表不模式2，圖5A表不模式3，圖5B表不模式4，圖7A表不模式5，圖7B表不模式6，圖9A表不模式7，圖9B表不模式8 ；以及
[0020]圖11和12為示出了根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施方案的模擬結(jié)果的示例圖，
[0021]符號(hào)描述:
[0022]100 PWM諧振轉(zhuǎn)換器
[0023]200低壓電源單元
[0024]300高壓電池
[0025]400低壓電池
[0026]220固定電壓發(fā)生器
[0027]240低壓DC/DC轉(zhuǎn)換器
[0028]120開(kāi)關(guān)單元
[0029]140整流單元。
【具體實(shí)施方式】
[0030]應(yīng)當(dāng)理解，此處所使用的術(shù)語(yǔ)“車(chē)輛”或“車(chē)輛的”或其它類(lèi)似術(shù)語(yǔ)一般包括機(jī)動(dòng)車(chē)輛，例如包括運(yùn)動(dòng)型多用途車(chē)輛(SUV)、公共汽車(chē)、卡車(chē)、各種商用車(chē)輛的乘用汽車(chē)，包括各種舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合動(dòng)力車(chē)輛、電動(dòng)車(chē)輛、可插式混合動(dòng)力電動(dòng)車(chē)輛、氫動(dòng)力車(chē)輛以及其它替代性燃料車(chē)輛(例如源于非汽油的能源的燃料)。正如此處所提到的，混合動(dòng)力車(chē)輛是具有兩種或更多動(dòng)力源的車(chē)輛，例如汽油動(dòng)力和電力動(dòng)力兩者的車(chē)輛。
[0031]雖然示例性實(shí)施例被描述為利用多個(gè)單元以執(zhí)行示例性過(guò)程，應(yīng)當(dāng)理解的是，示例性過(guò)程還可通過(guò)一個(gè)或多個(gè)模塊來(lái)執(zhí)行。此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，術(shù)語(yǔ)控制器/控制單元指的是包括存儲(chǔ)器和處理