[发明专利]无电阻器预充电

说明书

本发明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。

技术领域

本申请是申请号为：201410621792.4，发明名称为：无电阻器预充电的分案申请。本发明涉及转换器装置，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。本发明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。

背景技术

要以电力网功率供给（mains power supply）网络（即在从300W（瓦特）到十分之几（several 10^th）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/DC PSU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Û_AC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。