CN102299660A - 开关臂的开关的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于经由外部电网络通过分别包括两个开关(12)的至少第一(A)和第二(B)开关臂来充电蓄电装置的方法，所述方法包括通过发送脉冲宽度调制控制信号来控制开关臂(A，B)的开关(12)的步骤，其特征在于：通过适配控制信号的脉冲宽度来控制第二开关臂(B)的开关(12)，从而产生其相位与补偿电感器(7’)的端子处的电压相反的交流电压(Vx)，该补偿电感器(7’)一侧连接于第二臂(B)而另一侧连接所述网络的中性点(N)，从而在所述网络的中性点(N)和地之间的电压(VN)是直流电压。本发明也涉及用于实现此类充电方法的充电设备。

Description

开关臂的开关的控制方法
技术领域
本发明涉及一种包括开关的系统的所述开关的控制方法。此类系统可以用于实现在由可再充电电池供电的发动机(engine)或交流发电机的领域中的充电方法。本发明应用于电机车辆的领域是有利的，其中电池能够经由逆变器对发动机供电并且当机动车辆停止时可以被再充电。
然而，虽然特别设计用于此类应用，但是能够在其他领域中、特别在风轮机或水力类型的能量产生设备中使用该设备和相关的方法。
背景技术
传统地，电动车辆装备有向逆变器传递直流电流的高电压电池，该逆变器将该直流电流变换为可以对电动发动机供电的交流电流，该电动发动机此后确保该车辆的运动。
为确保这些高电压电池的再充电，公知地要对车辆装备有并入电动车辆中的充电设备，其包括不具有二极管桥的电力控制转换器，也熟知为叫“无桥PFC”。
由转换器的切换产生的共模电流在由相对于底盘的电子、或相对于底盘的发动机或甚至相对于底盘的电池表现出的寄生电容器中流通。这些电流经由底盘、链接到电网络的中性点(neutral)的地线循环回来。因此充电器对电网络发出干扰。各标准限制了对电网络的低频干扰的发送以便防止人员由于在底盘流通的电流被电击或触电死亡。
发明内容
因此本发明的目的是通过阻止寄生电容器被电压变化激励来限制这些低频干扰。
为此，本发明的示范实施例提供一种用于控制连接到外部电网络的系统的开关的方法，该系统包括分别包含两个开关的至少第一和第二开关臂，该方法包括通过发送脉冲宽度调制控制信号来控制开关臂的开关的步骤，通过适配控制信号的脉冲宽度来控制第二开关臂的开关从而产生其相位与补偿电感器的端子处的电压相反的交流电压，该补偿电感器一侧连接于第二臂而另一侧连接所述网络的中性点，从而在所述网络的中性点和地之间的电压是直流电压。
该系统可以由开关臂组成。
因此当在所述网络的中性点和地之间的电压是直流电压时，不再有寄生电容器被电压变化激励的风险，由此限制了低频干扰。
本发明的其他示范实施例提供一种用于经由外部电网络通过分别包括两个开关的至少第一和第二开关臂来充电蓄电装置的方法，所述方法至少包括上述控制方法的通过发送脉宽调制控制信号来控制开关臂的开关的步骤。
根据所述步骤，通过适配控制信号的脉冲宽度来控制第二开关臂的开关从而产生其相位与补偿电感器的端子处的电压相反的交流电压，该补偿电感器一侧连接于第二臂而另一侧连接所述网络的中性点，从而在所述网络的中性点和地之间的电压是直流电压。
所述控制或充电方法也可以包括单独的或组合的一个或多个以下特征：
在开环模式中控制第二开关臂，且脉冲宽度被选择为基本等于负的补偿电感器的交流电压的平均值，
通过改变脉冲宽度来在闭环模式中控制第二开关臂，从而在所述网络的中性点和地之间的电压从动于设置点，
所述方法包括如下步骤：
●测量在所述网络的中性点和地之间的电压，
●将测量的电压与设置点比较，
●如果测量的电压不同于设置点，则修改脉冲宽度，从而在所述网络的中性点和地之间的电压基本等于设置点，
控制第一臂从而吸收正弦电流。
在闭环模式中，第二开关臂的开关可以通过控制信号来控制，该控制信号的脉冲宽度被动态适配，从而在所述网络的中性点和地之间的电压从动于设置点，该设置点特别是第二臂产生的直流电压。该脉冲宽度不从动于设置点。
在开环模式中，脉冲宽度可以不从动于设置点。
本发明的其他示范实施例提供用于实现如上定义的充电方法的对应的充电设备。该设备是用于经由外部电网络充电蓄电装置的电子设备，所述蓄电装置被配置来利用交流电流对发动机供电，所述电子设备包括：
连接在所述发动机和蓄电装置之间的逆变器，逆变器具有分别包括两个开关的至少第一和第二开关臂，所述开关臂通过它们的中间点(mid-point)链接到所述发动机的相，以及
用于通过发送脉冲宽度调制控制信号来控制所述开关的控制电路，
其特征在于：
所述设备也包括链接到第二开关臂和所述网络的中性点的补偿电感器，以及
控制电路被配置来通过发送控制信号来控制第二臂的开关，该控制信号的脉冲宽度被适配，从而第二臂产生其相位与补偿电感器的端子处的电压相反的交流电压，从而在所述网络的中性点和地之间的电压是直流电压。
所述设备也可以包括单独的或组合的一个或多个以下特征：
所述设备是单相设备，
所述设备被配置为在开环模式中控制第二开关臂，
所述设备被配置来通过使中性点的电压从动于设置点来在闭环模式中控制第二臂，并且该设备包括至少一个处理装置，用于：
●测量在所述网络的中性点和地之间的电压，
●将测量的电压与设置点比较，
●如果测量的电压不同于设置点，则校正脉冲宽度的值从而所述网络的中性点和地之间的电压基本等于设置点，
所述设备还包括与补偿电感器串联安装的电容器和电阻器，从而形成低通滤波器，
逆变器具有两个H型桥结构，其分别通过两个开关臂产生，
控制电路被配置为控制开关从而从用于所述发动机的供电模式切换到用于蓄电装置的充电模式，以及进行相反的切换。
在上述方法或设备中，第一开关臂可以包括链接到发动机的相的第一端子的中间点，第二开关臂可以包括链接到补偿电感器的第一端子的中间点，补偿电感器的第二端子被链接到网络的中性点，同时发动机的相的第二端子链接到网络的相。发动机、网络和补偿电感器的相因此可以串联安装。网络的中性点可以接地。
蓄电装置可以形成产生直流电压的电池。
附图说明
根据附图，通过非限制性示例提供的以下描述，本发明的其他特征和优点将变得明白，其中：
图1a以示意和简化的方式表示根据第一变化实施例的充电设备，
图1b以示意和简化的方式表示根据第二变化实施例的充电设备，
图2更详细地示出图1a或1b的充电设备的一部分，
图3说明图1a或1b的设备的一部分，其中该设备的逆变器的第二开关臂通过平均模型表示，
图4是用于控制图1a的设备的第二开关臂的开环的图，
图5是用于控制图1b的设备的第二开关臂的从动闭环的图，以及
图6表示具有两个混合的H型桥的图1a或1b的设备的逆变器。
在这些附图中，以及在说明书的下文中，基本上相同的组件由相同的参考数字表示。
具体实施方式
参考图1a到2，它们示出以示意和简化方式表示的根据本发明的示范实施例的用于例如混合的或电动类型的机动车辆的充电设备1。
在关注的示例中，该充电设备1包括：
逆变器2和包括两个开关臂A、B的并入逆变器2中的开关装置4，
形成产生直流电压Ve的电池的蓄电装置5，
单相交流发动机6，被部分示出，其绕组7用作电感器，
另外的补偿电感器7’，
连接装置8，
用于开关装置4的控制电路9，和
可选的，布置在逆变器2和蓄电装置5之间的DC/DC转换器10。
使用DC/DC转换器10使得可以适配电压并由此优化逆变器的尺寸而不降低效率。事实上，蓄电装置5的电压随它们的电荷改变，改变范围从单倍(single)到双倍(double)，并且使用DC/DC转换器10使得可以使逆变器2形成用于低电压的尺寸，低电压必须允许少于两倍的电流通过。
连接装置8允许连接到单相电网络11的插口。该连接装置可以包括锁定装置(未在附图中示出)，使得可以在设备1通电时阻止对电插口的接入。连接器装置8也可以与第二锁定装置(未示出)关联以便在供电模式期间阻止用户接入导体(它们然后继续存在)。
如图2中所见，发动机6的绕组7链接到网络11的P相。该绕组7链接到第一臂A的中点而第二臂B链接到也链接到网络11的中性点N的第二补偿电感器7’。网络11的中性点N也接地。
在所述示例中，设备1设计为工作在两种模式中：
供电模式，其中它从电池5提供用于发动机6的交流电源，以及
充电模式，其中它通过使用作为电感器的发动机6的绕组7从接地的电网络11对电池5充电。
能够通过控制电路9管理从供电模式到充电模式的切换。
控制电路9控制每个臂A和B的两个开关12。在供电模式中，控制电路9控制臂A和B从而允许交流电流在发动机6的相中流通。在本示例中作为具有反向安装的二极管的功率晶体管的开关12根据传统正弦PWM控制来进行控制，PWM是关于“脉宽调制”α的字母构词。
另一方面，在充电模式中，两个臂的控制是独立的从而补偿低频电流。
更具体地，控制电路9控制第一臂A以吸收正弦电流，以便产生PFC(功率因子校正器)功能。
第二臂B被控制从而产生其相位与补偿电感器7’的端子处的电压相反的交流电压。
实际中，参考其中臂B通过平均模型来建模的图3，能够看到在网络11的中性点N和地之间的电压等于在补偿电感器7’的端子处和第二臂B的端子处的电压之和(关系式(1))。
(1)VN＝ZL.IAC+Vx+k
(其中ZL＝电感器7’的阻抗，IAC＝网络11提供的交流电流，Vx＝由第二臂产生的交流电压，而k＝由第二臂B产生的直流电压)。
作为正弦曲线，根据关系式(2)来表示在补偿电感器7’的端子处的电压：
(2)ZL.IAC＝LwIcos(wt)
(其中L＝电感，而w＝角度或脉动(pulsation)速度)
因此，如果电压Vx与补偿电感器7’的端子处的电压LwIcos(wt)相反，则在网络11的中性点N和地之间的电压VN是恒量(关系式(3))。
(3)VN＝LwIcos(wt)-LwIcos(wt)+k
VN＝k
为此，控制电路9可以在开环模式中控制第二臂B(图1a和4)。在这种情况下，补偿电感器7’的值L被精确知晓，正是电流I的值。由此得到稳定的系统。因此脉冲宽度α被选择为等于负的补偿电感器7’的端子处的电压的平均值，-LwIcos(wt)。
在充电方法中，第二开关臂B的开关12因此通过等于负的电感器7’的端子处的电压的平均值的脉宽调制控制信号α来控制。
根据替换的方法，控制电路9可以在闭环模式中控制第二臂B(图1b和5)。在这种情况下，在网络的中性点N和地之间的电压VN的值从动于设置点k，而无法知晓补偿电感器7’的值L或电流I。
为此，设备1也包括：
用于测量在中性点N和地之间的电压的装置14，
用于将测量的电压与设置点k比较的比较器16，以及
用于当在中性点N和地之间的电压变化时调整PWM控制信号的脉冲宽度α的校正器18。
由于电压VN被切换，所以在返回子系统中滤波器F是必须的以用于该电压的获取。
因此，在充电方法期间，第二开关臂B的开关12通过其脉冲宽度被恒定适配的控制信号来控制，从而在网络的中性点N和地之间的电压VN从动于设置点k。
为此，测量电压VN，将其与设置点k比较并且当电压VN改变时，相应地校正脉冲宽度α。
因此电压VN是恒量，这使得可以限制低频干扰。
此外，为了同样限制高频干扰，可以与补偿电感器7’串联地提供形成低通滤波器的电容器和电阻器。
此外，这里已经描述了具有2个开关臂A和B的逆变器。根据图6中示出的变体，也可以提供具有两个混合H型桥的逆变器。第一H型桥由两个开关臂C和C′形成而第二H型桥由两个开关臂D和D′形成。
与先前详细的示例相比该操作类似。在实际中，在这种情况下，将按与以上描述的第二臂B类似的方式来控制臂之一，例如第四臂D′。同样，其他臂C、C′和D提供与在先前示例的第一臂A相同的功率因子控制PFC功能。
因此，利用该充电方法，尤其适合用于对为混合或电动车辆中的发动机6供电的电池进行充电，可以通过维持在网络11的中性点N和地之间的恒定电压VN来以简单的方式消除低频干扰。
本发明不局限于以上描述的示范实施例。
具体地，发动机可以不是单相电流发动机。发动机可以工作在单相网络或具有不同相数的网络。
本发明并不限制于充电蓄电装置而是更广泛地涉及连接到电网络的系统，所述系统具有至少第一和第二开关臂，每个开关臂包括两个开关并且负责控制开关，从而在网络的中性点和地之间的电压是直流电压，而不管该系统是否为蓄电装置的充电设备的一部分。
在所有情况中，开关可以选择地作为逆变器的部分并且电感器可以选择地定义发动机的相。

Claims (14)

1.一种用于控制连接到外部电网络(11)的系统的开关(12)的方法，该系统包括分别包含两个开关(12)的至少第一(A)和第二(B)开关臂，所述方法包括通过发送脉冲宽度(α)调制控制信号来控制开关臂(A，B)的开关(12)的步骤，
通过适配控制信号的脉冲宽度(α)来控制第二开关臂(B)的开关(12)从而产生其相位与补偿电感器(7’)的端子处的电压相反的交流电压(Vx)，该补偿电感器(7’)一侧连接于第二臂(B)而另一侧连接所述网络的中性点(N)，从而在所述网络(11)的中性点(N)和地之间的电压(VN)是直流电压。
2.一种用于经由外部电网络(11)通过分别包括两个开关(12)的至少第一(A)和第二(B)开关臂来充电蓄电装置(5)的方法，所述方法包括至少权利要求1的通过发送脉宽调制控制信号(α)来控制开关臂(A，B)的开关(12)的步骤。
3.根据权利要求1所述的方法，在开环模式中控制第二开关臂(B)，且脉冲宽度(α)被选择为基本等于负的补偿电感器(7’)的交流电压的平均值。
4.根据权利要求1所述的方法，通过改变脉冲宽度(α)来在闭环模式中控制第二开关臂(B)，从而在所述网络(11)的中性点(N)和地之间的电压(VN)从动于设置点(k)。
5.根据权利要求4所述的方法，包括如下步骤：
测量在所述网络(11)的中性点(N)和地之间的电压(VN)，
将测量的电压(VN)与设置点(k)比较，
如果测量的电压不同于设置点(k)，则修改脉冲宽度(α)，从而在所述网络(11)的中性点(N)和地之间的电压(VN)基本等于设置点(k)。
6.根据权利要求1所述的方法，控制第一臂(A)从而吸收正弦电流。
7.一种用于经由外部电网络(11)充电蓄电装置(5)的电子设备，所述蓄电装置(5)被配置来利用交流电流对发动机(6)供电，所述电子设备包括：
连接在所述发动机(6)和蓄电装置(5)之间的逆变器(2)，逆变器(2)具有分别包括两个开关(12)的至少第一(A)和第二(B)开关臂，所述开关臂(A，B)通过它们的中间点链接到所述发动机(6)的相，以及
用于通过发送脉冲宽度调制控制信号(α)来控制所述开关的控制电路(9)，
所述设备也包括链接到第二开关臂(B)和所述网络(11)的中性点(N)的补偿电感器(7’)，以及
控制电路(9)被配置来通过发送控制信号来控制第二臂(B)的开关(12)，该控制信号的脉冲宽度(α)被适配，从而第二臂(B)产生其相位与补偿电感器(7’)的端子处的电压相反的交流电压(Vx)，从而在所述网络(11)的中性点(N)和地之间的电压是直流电压。
8.根据权利要求7所述的设备，其是单相设备。
9.根据权利要求7所述的设备，被配置来在开环模式中控制第二开关臂。
10.根据权利要求7所述的设备，被配置来通过使中性点的电压(VN)从动于设置点(k)来在闭环模式中控制第二臂，并且该设备包括至少一个处理装置，用于：
测量在所述网络(11)的中性点(N)和地之间的电压(VN)，
将测量的电压与设置点(k)比较，
如果测量的电压不同于设置点(k)，则校正脉冲宽度(α)的值从而中性点的电压(VN)基本等于设置点(k)。
11.根据权利要求8所述的电子设备，还包括与补偿电感器串联安装的电容器和电阻器，从而形成低通滤波器。
12.根据权利要求8所述的设备，逆变器(2)具有两个H型桥结构，所述结构分别通过两个开关臂(C，C′；D，D′)产生。
13.根据权利要求8所述的设备，控制电路(9)被配置为控制开关(12)，从而从用于发动机(6)的供电模式切换到用于蓄电装置(5)的充电模式，以及进行相反的切换。
14.根据权利要求8所述的设备，第一开关臂(A)包括链接到发动机的相(7)的第一端子的中间点，第二开关臂(B)包括链接到补偿电感器(7’)的第一端子的中间点，补偿电感器(7’)的第二端子被链接到网络(11)的中性点(N)，同时发动机的相(7)的第二端子链接到网络(11)的相(P)。
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