[发明专利]车载充电器(OBC)

说明书

提供有一种用于利用车载充电器OBC(200)从AC电网中提取等于从三相电网中所提取的参考最大功率的功率值的方法，该车载充电器包括具有连接到AC电网的三相有源前端AFE(220)的功率因数校正器RFC、接收来自RFC的经调节的DC电压并配置为给高压电池(140)充电的DC/DC转换器(230)以及将OBC配置为提取功率值的装置，该装置包括三个开关SW1、SW2和SW3以及二极管臂(260)，该二极管臂具有串联在AFE(220)的高侧与低侧之间的二极管D1和D2，其中两个开关SW1和SW2布置在AFE(220)与AC电网之间，并且能够中断在三相AFE(220)的相臂之间流动的电流，其中第三开关SW3布置在将二极管臂(260)连接到AC电网的线路上。

本发明涉及一种OBC，其配置为连接到任何类型的AC电源，并且其包括允许在单相、两相和分相电网中提取与三相电网中的最大功率相等的最大功率的装置。

背景技术

作为车载充电器(OBC)的电源转换系统用于向DC负载提供AC输入功率。OBC能够用于例如带有逆变器级驱动的AC电动机的电动机驱动器中。OBC可以将电网50/60Hz转换为DC功率、将DC电压调整到高压电池所需的电平、提供电气隔离、功率因数校正(PFC)并进行控制以防止因热拔出所引起的电弧损坏。

OBC通常通过PFC转换器来连接到电网，该PFC转换器确保了功率因数PF接近统一，同时将输入电流的总谐波失真(THD)限制在一定限度以下。在大多数情况下，客户要求PFC在单相、分相和三相电网中工作。通常，在单相/分相配置中仅能够输送总功率的三分之一。然而，可能需要的是在所有配置中都提供全功率，这将需要一种替代性电路拓扑，该电路拓扑既允许满足功率要求，同时又允许确保高功率密度。

传统上，单相PFC级转换器可以基于其后跟随有升压转换器的单相桥式整流器。升压转换器的输出可以是经调节的DC电压，该DC电压确保了DC/DC转换器(即电池充电器)的正确操作，以给高压DC电池充电。

能够复制已经描述过的单相拓扑，以基于每相的单相升压PFC转换器来实现三相PFC级。当已经有先前的单相设计时，这种架构是不错的选择，因为它减少了产品上市的时间。然而，与其他架构相比，组件的数量和功率密度可能没有得到优化。不利的是，基于单相桥式整流器和每相升压转换器的三相PFC级无法优化组件数量。因此，可能会损害OBC输入级的功率密度。

其他当前的实施方式可以包含基于并联单相升压PFC级的1相升压PFC级，其中单相PFC级中的每个都可以潜在地并联到单相电源，或者并联到基于三相AFE的三相OBC或单相OBC，该三相AFE替代了先前描述的其后跟随有升压转换器的桥式整流器。该AFE允许减少组件数量并提高功率密度。不利的是，基于三相AFE的三相PFC级将能够从电网中提取的最大电流限制为单相最大电流，因此单相操作模式下的最大功率为三相操作模式下最大功率的1/3。

在OBC中用于功率因数校正的有源前端(AFE)转换器采用了有源开关整流器，以将输入AC功率转换为向总线提供的DC功率，其后跟随有逆变器，该逆变器驱动变压器以便将能量电气隔离地从功率因数校正器的输出传递到OBC的输出。将隔离变压器的次级电流进行整流以驱动DC负载。这种有源前端转换器通常与输入滤波器(诸如连接到每个功率相的LCL滤波器电路)相耦合。由于前端整流器是开关电路，因此输入滤波器用于防止将不希望的谐波量引入到电网或其他输入源中。滤波器组件(包含滤波器电感器)通常是根据功率转换器的额定值来设计的，其中输入滤波器组件的尺寸过大会增加系统成本并占用宝贵的封闭空间。然而，可能会发生的情况是：电网电压下降，或可用的输入源电压低于转换器设计时的标称AC输入电压。

因此，期望获得一种克服了当前OBC配置的上述缺点的OBC输入级架构，该架构允许在单相、分相和三相电网中操作OBC、确保功率因数(PF)接近于统一且THDi较低，并在使用最少数量组件的同时实现了高功率密度。此外，也期望OBC在单相、两相和分相电网中能够提取的总功率与从三相电网中提取的总功率相同(因此，避免了由先前提到的AFE架构所带来的单相1/3限制)。

发明内容