[发明专利]基于电压和PFC的OBC预充电系统

说明书

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。

相关申请的交叉引用

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。

技术领域

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。

背景

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。

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。

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。

因此，需要具有增强的预充电特征的改进的OBC设计。

概述

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。

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。

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。