CN103384122A - 转换级、电转换器、交直电流转换装置、再充电端装置 - Google Patents

Abstract

一种转换级、电转换器、交直电流转换装置、再充电端装置。本发明的电转换级能够连接到DC电压电总线的中间端子，并且连接到输出端。其包括P个开关支路，其中，P≥2，开关支路被并联连接在中间端子之间，每个开关支路包括串联连接并且通过中点而彼此连接的第一可控电子开关和第二可控电子开关，每个开关包括半导体元件及反向并联连接到半导体元件的二极管；及控制装置，用于根据控制律来控制电子开关。其还包括连接在两个输出端之间的电容器，并且对于每个开关支路，电磁线圈连接在电容器的端子和相应的开关支路的中点之间，并且所述控制律从第一控制律和第二控制律中选择，所述第一控制律使得每个第一开关的半导体元件始终为关断，并且所述第二控制律使得每个第二开关的半导体元件始终为关断。

Description

转换级、电转换器、交直电流转换装置、再充电端装置

技术领域

本发明涉及转换级、包括转换级的电转换器、包括该转换器的用于将AC电流转换为DC电流的装置、用于对包括该转换器或者转换装置的电池进行再充电的端装置。

背景技术

为了给电池再充电，已知有用于将AC电流转换为DC电流的装置，其可以被链接到诸如三相网络的AC电网。这种转换装置包括连接到三相网络的电压整流器，电压整流器由二极管桥形成。该转换装置还包括被连接到作为电压整流器的输出的降压转换器，并且能够将来自整流器的DC电压转换成具有更低的值的另一种DC电压。

降压转换器包括两个输入端，两个输出端，以及连接的输入端之间并且通过中间点彼此链接的开关和二极管。降压转换器还包括连接在两个输出端之间的电容器，以及连接在电容器的端子和所述中间点之间的电磁线圈。该开关是例如晶体管的半导体元件。

然而，晶体管和电磁线圈是相对昂贵的，并且也有很大的体积，晶体管和电磁线圈的尺寸允许通过的大的电流，诸如大约100A的电流。

因此，本发明的目的是提出一种较低成本的转换级，同时允许通过大电流，诸如，大约100A的电流。

发明内容

本发明涉及一种电转换级，其能够一端连接到DC电压的电总线的中间端子，并且另一端连接到输出端，所述电转换级包括：P个开关支路，其中，P大于或等于2，优选地等于3，开关支路并联连接在中间端子之间，每个开关支路包括串联连接并且通过中点（midpoint）而彼此连接的第一和第二可控电子开关，第一开关被连接在第一中间端子和相应的中点之间，并且第二开关被连接在第二中间端子和相应的中点之间，每个开关包括半导体元件以及反向并联连接到半导体元件的二极管，每个半导体元件可以在导通状态和关断状态之间切换；以及控制装置，其用于根据控制律来控制电子开关。

本发明还涉及到电转换器，其能够被链接到包括M个相的AC电网，其中，M大于或等于1，转换器包括形成电压整流器的第一转换级和被连接作为第一转换级的输出的第二转换级，第二转换级如上所述地定义。

本发明还涉及到包括这样的电转换器的、用于将AC电流转换为DC电流的装置。

本发明还涉及用于对电池进行充电的端装置，特别是机动车电池中的端装置，其包括电转换器或该转换装置。

本发明特别适用于这样的再充电端装置：能够传送作为输出的、包括在5V和1kV之间的DC电压（优选地在10V和500V之间的DC电压）以及包括0和250A之间的DC电流（优选地在0和125A之间的DC电流）。

为了给电池再充电，已知有用于将AC电流转换为DC电流的装置，其可以被链接到诸如三相网络的AC电网。这种转换装置包括连接到三相网络的电压整流器，电压整流器由二极管桥形成。该转换装置还包括被连接到作为电压整流器的输出的降压转换器，并且能够将来自整流器的DC电压转换成具有更低的值的另一种DC电压。

降压转换器包括两个输入端，两个输出端，以及连接的输入端之间并且通过中间点彼此链接的开关和二极管。降压转换器还包括连接在两个输出端之间的电容器，以及连接在电容器的端子和所述中间点之间的电磁线圈。该开关是例如晶体管的半导体元件。

然而，晶体管和电磁线圈是相对昂贵的，并且也有很大的体积，晶体管和电磁线圈的尺寸允许通过的大的电流，诸如大约100A的电流。

因此，本发明的目的是提出一种较低成本的转换级，同时允许通过大电流，诸如，大约100A的电流。

为此目的，本发明涉及上述类型的转换级，其中，转换级还包括在两个输出端之间连接的电容器，以及对于每个开关支路的，在电容器的端子和相应的开关支路的中点之间连接的电磁线圈，并且其中，从第一控制律和第二控制律中选择控制律，第一控制律使得每个第一开关的半导体元件始终是关断的，并且第二控制律使得每个第二开关的半导体元件始终是关断的。

根据本发明的其他有利方面，转换级包括单独考虑或者根据任何可能的技术组合的以下特征中的一个或多个：

-第一控制律使得每个第二开关的半导体元件被从关断状态到导通状态，然后从导通状态到关断状态地周期性控制；

-第二控制律使得每个第一开关的半导体元件被从关断状态到导通状态，然后从导通状态到关断状态地周期性控制；

-根据第一控制律，转换级形成升压转换器，其能够将在中间端子之间的DC电压转换为在输出端之间的具有更高值的另一个DC电压，和/或根据第二控制律，转换级形成降压转换器，其能够将在中间端子之间的DC电压转换为在输出端之间的具有更低值的另一个DC电压；

-转换级能够接连地按第一控制律，然后第二控制律地进行选择，从而从升压转换工作模式变为降压转换工作模式，或者接连地从第二控制律变为第一控制规律，以从降压转换工作模式变化为升压转换工作模式；

-控制装置，其能够根据开关律来控制开关支路的电子开关，并且开关支路的开关律彼此偏离；

-每个支路的开关律具有相同的频率，并且相对彼此具有相移，每个支路的开关律之间的相移优选等于360°/P。

本发明还涉及到一种电转换器，其可被链接到包括M个相的AC电网上，M大于或等于1，转换器包括：M个输入端，该或者每个输入端对应于AC网络的相、第一和第二中间端子和两个输出端；第一转换级，其连接到输入端并包括能够将AC输入电压转换成在第一和第二中间端子之间传送的DC中间电压的电压整流器；以及第二转换级，其在第一转换级的输出处连接到中间端子，并且其中，第二转换级如上所述地定义。

根据本发明的另一个有利方面，电转换器包括以下特征：

-转换器还包括连接在两个输出端中的一个和滤波器之间的重新环路链接（relooping link），滤波器被连接在电压整流器的输出处，重新环路链接能够监视从两个输出端之间连接的电容器的放电。

本发明还涉及一种用于将交变电流转换为直流电流的装置，转换装置能够被链接到包括M个相的AC电网，M大于或等于1，转换装置包括变压器，其包括：具有M个初级绕组的初级电路，每个包括M个次级绕组的第一和第二次级电路，连接到第一次级电路的第一电转换器，以及连接到第二次级电路的第二电转换器，并且其中，第一和第二电转换器的每一个如上所定义。

根据本发明的另一个有利方面，转换装置包括以下特征：

-M等于3，三个初级绕组以星形连接，第一次级电路的三个次级绕组被以三角形连接，并且第二次级电路的三个次级绕组被以星形连接。

本发明还涉及用于对电池再充电的端装置，特别是在机动车电池中的端装置，包括：壳体，和设计以被电链接到电池的电连接器，其中，再充电端装置包括如上所定义的电转换器和如上所定义的转换装置中的转换元件，所述转换元件被放置在壳体中。

根据本发明的另一个有利方面，再充电端装置包括以下特征：

-端装置还包括电连接电缆，其至少部分地布置在壳体外部，并且将电连接器链接到转换元件。

附图说明

参考附图，本发明的这些特征和优点将在阅读以下的描述之后变得显而易见，其中，所述描述仅仅被提供来作为非限制性的示例，在附图中：

-图1是包括提供有插入到机动车的互补连接器的电连接器的电连接电缆的再充电端装置的示意图，

-图2是根据本发明的第一实施例的转换元件的电气图，包括第一转换级和连接到第一级的输出的第二转换级，第二级包括三个开关支路，每个开关支路包括第一和第二开关，其每个由半导体元件和与半导体元件反向并联连接的二极管来形成，

-图3是一组的三条曲线，每条曲线示出了当第二转换级操作作为降压转换器时，第一相应开关的端子两端的电压，

-图4是一组的三条曲线，每条曲线示出了在第二转换级的降压工作模式下，第一相应开关的半导体元件中的电流流动，

-图5是一组的三条曲线，每条曲线示出了在第二转换级的降压工作模式下，第二相应开关的二极管中的电流流动，

-图6是一组的两条曲线，其分别示出了在第二转换级的降压工作模式下，图2的转换元件的输出处传送的电流和电压，

-图7是根据第一实施例的一个替代方案的，与图2类似的视图，

-图8是一组在第二转换级的升压工作模式下的曲线，其中，其中三条曲线中的每一条示出了第一相应开关的二极管中的电流流动，其中三条曲线中的每一条示出了第二相应开关的半导体元件中的电流流动，以及其中两条曲线示出了分别在图2的转换元件的输出处以及在第二转换级的输入处的电流，

-图9是根据本发明的第二实施例的转换元件的电气图，以及

-图10是通过切换两个接触器，而能够从升压工作模式变为降压工作模式，或反之亦然的另一个转换元件的电气图。

具体实施方式

在图1中，用于对机动车14的电池12再充电的端装置10包括壳体16和放置在壳体16中的电转换元件18。

再充电端装置10还包括被设计为电连接到电池12的电连接器20。以互补的方式中，端装置10包括电连接电缆22，电缆22至少部分地设置在壳体16的外部，并且将电连接器20链接到转换元件18。

在未示出的替代方案中，再充电端装置10不包括设置在壳体外部的电连接的电缆，然后电连接器20被直接固定在壳体16上。根据这种替代，机动车14配备有电连接电缆，从而可以将电池12连接到再充电端装置的连接器20。

外壳16被提供来保护转换元件18不受到各种天气条件，特别是雨天的影响，再充电端装置10被放置在道路上。

转换元件18被链接到包括M个相的AC电网24，M大于或等于1。在图1中的示例性实施例中，AC网络24是三相网络，M等于3。例如，三相网络24具有三相模式的大约400V的电压，和等于50赫兹或60赫兹的频率。

转换元件18能够将网络24的AC电流转换为DC电流。转换元件18能够传送包括5V和1kV之间的DC输出电压Vs，优选地在10V和500V之间的电压；以及包括在0A和250A之间的DC输出电流Is，优选地在0A和125A之间电流，如图6中所示。转换元件18具有约为50kW的输出功率。输出电流Is的纹波（ripple）在峰-峰值上小于6A。

根据第一个实施例，转换元件18是电转换器30，如图2中所示。电转换器30包括：M个输入端32，该或每个输入端32对应于AC网络24的相、第一中间端子34和第二中间端子36、正输出端38、和负输出端40。在图2的示例性实施例中，转换器30包括三个输入端32，转换器30被设计成被链接到三相网络24。

电转换器30包括：第一转换级42，其连接在输入端32和中间端子34，36之间；以及第二转换级44，其连接到第一级42的输出，在中间端子34，36和输出端38，40之间。电转换器30还包括用于第二转换级44的控制构件46。

第一转换级42包括电压整流器48，其能够将AC输入电压转换成DC中间电压，并且传送在第一和第二中间端子34，36两端间的中间DC电压。

作为一种补充，第一转换级42包括滤波器50，其连接到电压整流器48的输出处。

第二转换级44包括连接在中间端子34，36之间的P个开关支路52A、52B、52C，P是大于或等于2的整数，每个开关支路52A、52B、52C包括第一可控电子开关54A、54B、54C，和第二可控电子开关56A、56B、56C，其串联连接并彼此通过中点58A、58B、58C来链接。开关支路52A、52B、52C并联连接在中间端子34，36之间。

在图2的示例性实施例中，P等于3，并且第二转换级44包括第一开关支路52A、第二开关支路52B、和第三开关支路52C。在下文中，每个参考字母“A”指定与第一开关支路52A相关的元件，每个参考字母“B”指定与第二开关支路52B相关的元件，并且每个参考字母“C”指定与第三开关支路52C相关的元件。

第二转换级44还包括电容器60，其连接在两个输出端38，40之间，并且对于每个开关支路52A、52B、52C，电磁线圈62A、62B、62C被连接在相应的开关支路52A、52B、52C的中点58A、58B、58C之间，并且电容器60的端子被链接到正输出端38。

作为一种补充，第二转换级44包括重新环路电阻器63，其连接在正输出端38和滤波器50之间，以便监视连接在两个输出端38，40之间的电容器60的放电。

第二转换级44是可逆的，并且能够使电流从中间端子34，36朝向输出端38，40流动，并且可逆地使其从输出端38，40朝向中间端子34，36流动。

控制构件46包括用于根据控制律来控制电子开关54A、54B、54C，56A、56B、56C的装置64。

例如，电压整流器48是晶闸管（thyristor）66和二极管68的混合桥的形式，每个晶闸管66被放置在相应的输入端32和第一中间端子34之间，并且每个二极管68被放置在相应的输入端32和第二中间端子36之间。

滤波器50包括两个滤波线圈70，其每个被连接到电压整流器48和相应的中间端子34，36之间。滤波器50还包括：两个滤波电容器72，其串联连接在中间端子34，36之间；以及两个滤波电阻器74，其每一个与相应的滤波电容器72并联连接。

滤波器50包括串联连接在中间端子34，36之间的电子开关76和二极管78，电子开关76由晶体管80和与晶体管80反向并联连接的二极管82形成。二极管78以第二中间端子36朝向第一中间端子34的导通方向被连接。

每个第一开关54A、54B、54C被连接在第一中间端子34和相应的中点58A、58B、58C之间，并且每个第二开关56A、56B、56C被连接在第二中间端子36和相应的中点58A，58B、58C之间。

每个开关54A、54B、54C，56A、56B、56C包括半导体元件84和与半导体元件84反向并联连接的二极管86，每个半导体元件84可在导通状态和关断状态之间切换。

重新环路电阻器63被连接在正输出端38与在电子开关76和滤波器50的二极管78之间的连接点之间，其一端连接到正输出端38，并且另一端连接到连接点。重新环路电阻器使得它可以通过电子开关76的开光动作来监视电容器60的放电，以在正输出端38处维持恒定的电压。

控制装置64能够根据从第一控制律和第二控制律中选择的控制律来控制每个开关的半导体元件84。

第一控制律使得每个第一开关54A、54B、54C的半导体元件84始终是处于关断状态。第一控制律对应于第二转换级44的工作模式。换言之，根据第一控制律，对于每个第一开关54A、54B、54C，电流能够仅流动通过相应的二极管86，二极管86被操作作为续流二极管。

第二控制律使得每个第二开关56A、56B、56C的半导体元件84始终处于关断状态。第二控制律对应于第二转换级44的第二工作模式。换句话说，根据第二控制律，对于每个第二开关56A、56B、56C，电流能够仅流动通过二极管86，二极管86被作为续流二极管。

第一控制律对应于升压操作，并且在其第一实施例中，第二转换级44形成能够将在中间端子34，36之间的直流电压转换为在输出端38，40之间具有更高值的直流电压的升压转换器。

第二控制律对应于降压操作，并且在其第二工作模式中，第二转换级44形成能够将在中间端子34，36之间的直流电压转换为在输出端38，40之间具有更低值的另一个直流电压的降压转换器。第二工作模式与第一工作模式是不同的。

控制装置64能够交替地根据第一控制律和第二控制律来控制半导体元件84，并且例如根据要被充电的电池，或者流过第二转换级44的电流的流动方向而适用于从第一控制律变为第二控制律，以及反过来，从第二控制律变为第一控制律，第二转换级44是可逆的。然后，第二转换级44交替地形成了升压转换器和降压转换器。

换句话说，转换级44能够接连地对第一控制律，然后第二控制律进行选择，以从升压转换工作模式变为降压转换工作模式，或者其能够接连地对第二控制律，然后第一控制规律进行选择，以从降压转换工作模式变为升压转换工作模式。

或者，控制装置64能够仅仅根据第一控制律来控制半导体元件84，并且第二转换级44仅仅形成升压转换器。

可替代地，控制装置64能够仅根据第二控制律来控制半导体元件84，并且第二转换级44仅仅形成降压转换器。

作为一种补充，在图2中的示例性实施例中，控制装置64能够控制开关支路52A、52B、52C的电子开关54A、54B、54C，56A、56B、56C，其每个都根据特定的开关律，并且所述开关律彼此偏离。

例如，开关律是具有相同的频率F，但是相对于彼此相移。例如，在每个支路52A、52B、52C的开关律之间的相移等于360°/P，其中，P是开关支路52A、52B、52C的数量。换句话说，在图2中的示例性实施例中，在开关律之间的相移等于120°。

本领域技术人员将会理解，上面表示的相移以度为单位，但是，其也可以以弧度为单位来表示，2π弧度等于360°。

本领域技术人员也将理解，以上以角度表示的开关律之间的相移还可以通过将所述以弧度表示的相移除以脉冲ω来在时间上表示，其中，脉冲ω等于2π×F弧度/s，其中，F是开关律的频率。

半导体元件84例如是晶体管，诸如绝缘栅双极晶体管（IGBT）。或者，半导体元件84是晶闸管，诸如GTO（栅极可关断）晶闸管。

现在将对再充电端装置10的操作进行说明。

当用户将再充电端装置的电端子20与其机动车14的互补连接器连接，以对电池12进行充电时，则转换元件18被连接到电池12，以向其传送来自网络24的AC电流的DC电流。

在转换元件的输入端32处的网络24的AC电流首先通过第一转换级的电压整流器48而转换为DC电流，然后其被所述第一级的滤波器50滤波。

在中间端子34，36处的DC电压然后被第二转换级44转换为另一个DC电压，该另一个DC电压具有比在第二转换级44处于第一工作模式时的中间端子34和36之间的DC电压更高的值，或者具有比第二转换级44处于其第二工作模式时的中间端子34和36之间的DC电压低得多的值。

为此，根据第一控制律，控制装置64循环控制第二开关56A、56B、56C的每一个半导体元件84从关断状态变为导通状态，然后从导通状态变为关断状态，同时第一开关54A、54B、54C的半导体元件84仍处于关断状态。根据第二控制律，控制装置64周期性地控制第一开关54A、54B、54C的每个半导体元件84从关断状态变为导通状态，然后从导通状态变为关断状态，同时第二开关56A、56B、56C的半导体元件84仍处于关断状态。

第二转换级44的第二工作模式也被称为降压模式，以下将使用图3至6对其进行更详细地描述。

图3示出了根据第二转换级44的第二工作模式的，分别示出第一支路的第一开关54A的端子两端的电压的第一曲线90A，第二支路的第一开关54B的端子两端的电压的第二曲线90B，以及第三支路的第一开关54C的端子两端的电压的第三曲线90C。

图4示出了根据第二转换级44的第二工作模式的，分别示出第一支路的第一开关54A的半导体元件84中流动的电流的第四曲线92A，第二支路的第一开关54B的半导体元件84中流动的电流的第五曲线92B，以及第三支路的第一开关54C的半导体元件84中流动的电流的第六曲线92C。

图5示出了根据第二转换级44的第二工作模式的，分别示出第一支路的第二开关56A的二极管86中流动的电流的第七曲线93A，第二支路的第二开关56B的二极管86中流动的电流的第八曲线93B，以及第三支路的第二开关56C的二极管86中流动的电流的第九曲线93C。

最后，图6示出了根据第二转换级44的第二工作模式的，分别示出在转换器30的输出处传送的电流Is和电压Vs的第十曲线94和第十一曲线95。

在第二工作模式期间，在第一给定开关54A、54B、54C的半导体元件84的导通状态中，所述第一开关54A、54B、54C处于闭合位置，如图3中的曲线90A，90B，90C的上部较高的稳定状态所示，对于其而言，第一相应开关54A、54B、54C的端子的电压值大约为500V并且基本是恒定的。

相应电磁线圈62A、62B、62C的端子的电压线性增加，如在图4中的曲线92A、92B、92C的向上倾斜的部分所示，对于其而言电流的值增加大约18A到23A。

与处于闭合位置的所述第一开关54A、54B、54C串联连接的第二开关56A、56B、56C的二极管86的端子的电压是负的，并且没有电流通过所述二极管86，如图5的曲线93A、93B、93C的下部稳定状态所示，对于其而言电流的值基本上为零。

在第二工作模式期间，在第一给定开关54A、54B、54C的半导体元件84的关断状态下，所述第一开关54A、54B、54C处于断开位置，如图3的曲线90A、90B、90C的下部稳定状态所示，对于其而言在第一相应开关54A、54B、54C的端子两端的电压的值基本为零并且是恒定的。

与处于断开位置的所述第一开关54A、54B、54C串联连接的第二开关56A、56B、56C的二极管86变为导通。然后，在相应电磁线圈62A、62B、62C中流动的电流减小，如图5中的曲线93A、93B、93C的向下倾斜的部分所示，对于其而言电流的值减小大约23A至大约18A。

然后，在每个开关支路52A、52B、52C处的电流纹波的峰-峰值基本上等于5A。

作为一种补充，第一开关54A、54B、54C的开关律相对于彼此偏离，如在图3中所示，其中，曲线90A、90B、90C的下部稳定状态相对于彼此偏离。每个电磁线圈62A、62B、62C中的电流的上升及下降时段根据电磁线圈而逐个偏离。

开关律的该偏离使得可以限制在转换器30的输出处传送的DC电流的纹波，如图6中所示。曲线图94示出输出电流的纹波的峰-峰值基本上等于3A，其因此低于每个电磁线圈62A、62B、62C中流通的电流的纹波。

在图3至图6中的示例性实施例中，转换器30的输出处传送的DC电流Is稍稍高于60A，并且DC电压大约为413V。

因此，开关支路52A、52B、52C的并联连接和电磁线圈62A、62B、62C的并联连接使得可以传送大约100A的高输出电流，大约500V的电压，同时使得半导体元件84和电磁线圈62A、62B、62C价格低廉并且体积不大。因此，根据本发明的电转换器30具有降低的成本和体积。

图7示出了根据第一实施例的一个替代方案的电转换器30。根据这种替代方案，仅仅实现了第二转换级44以及连接到第二级44的输入处的滤波器50，转换器30的一端通过中间端子34，36而连接到直流电压总线Vbus，并且另一端通过输出端38，40而连接到将要被提供有DC电压的电荷贮存器（electric charge），如具有DC电压Vbatterie的电池12。根据这种替代方案，第二转换级44和滤波器50能够可逆地操作，电流能够从DC电压总线流到电荷贮存器，或与此相反从电荷贮存器流到DC电压总线。

本领域技术人员将理解，根据该替代方案的几个电转换器30可以彼此并联地连接到相同的DC电压总线。换句话说，几个第二转换级44和滤波器50的组件可以被连接在能够将源自交流电压的DC电压传送到DC电压总线Vbus的单个电压整流器的输出处。

第二转换级44的第一工作模式也被称为升压模式，以下将使用图8来对其进行更详细地说明。

图8示出了根据第二转换级44的工作模式的，分别示出从第一支路的第二开关56A流动到半导体元件84中的电流的第十二曲线96A，从第二支路的第二开关56B流动到半导体元件84中的电流的第十三曲线96B，以及从第三支路的第二开关56C流动到半导体元件84中的电流的第十四曲线96C。曲线96A、96B、96C以细线来示出。

图8还示出了根据第二转换级44的第一工作模式的，分别示出在第一支路的第一开关54A的二极管86中流动的电流的第十五曲线97A，在第二支路的第一开关54B的二极管86中流动的电流的第十六曲线97B，以及第三支路的第一开关54C的二极管86中流动的电流的第十七曲线97C。曲线97A、97B、97C以粗线来示出。

最后，图8示出了根据第二转换级44的第一实施例的，分别示出流过诸如电池12的连接到转换器30的输出处的电荷贮存器的电流I1的第十八曲线98，以及在转换器30的输入处流动的电流I0的第十九曲线99，电流I1和I0在图7中示出。

升压转换器的操作，即，第二转换级44的第一工作模式其本身是已知的，因此没有对其进行更详细地描述。

作为一种补充，第二开关56A、56B、56C的开关律相对于彼此偏离。每个电磁线圈62A、62B、62C中的电流的上升及下降时段也根据电磁线圈而逐个偏离。

然后，开关律的该偏离使得可以限制在转换器30的输出处传送的DC电流的纹波，如在图8中示出。曲线98示出了输出电流Is的纹波具有较低的幅度。

图9示出本发明的第二实施例，其中，如之前所述地，与第一实施例相似的元件使用相同的参考标号来标识，因此不再赘述。

根据第二实施例，转换元件18是包括电压变压器102的转换装置100，电压变压器102包括初级电路104、第一次级电路106、和第二次级电路108。

转换装置100包括连接到第一次级电路106的第一电转换器110A，和连接到第二次级电路108的第二电转换器110B。

转换装置100还包括正输出端111、负输出端112、和连接在转换器110A，110B的正输出端38和正输出端111之间的二极管113。第一转换器110A和第二转换器110B的正输出端38彼此连接。第一转换器110A和第二转换器110B的负输出端40也彼此链接。

变压器的初级电路104包括未示出的M个初级绕组，其中，M是AC网络24的相的数目。

变压器的每个次级电路106，108包括未示出的M个次级绕组。

在图9的示例性实施例中，AC网络24是三相网络，M等于三，并且三个初级绕组以星形连接。第一次级电路106的三个次级绕组以三角形连接，并且第二次级电路108的三个次级绕组以星形连接。

与第一实施例相同，每个电转换器110A，110B包括第一转换级42、连接到第一级42的输出的第二转换级44、以及控制构件46。

例如，第一电转换器110A与第二电转换器110B相同。

作为一种补充，对于每个开关支路52A、52B、52C，每个转换器110A，110B的第二转换级44包括连接在相应的线圈62A、62B、62C以及电容器60之间的断路器114A、114B、114C。

作为一种补充，每个转换器110A，110B的第二转换级44包括连接在断路器114A、114B、114C的输出与在滤波器50的电子开关76和二极管78之间的连接点之间的重新环路电阻器116，其中，重新环路电阻器116的一端连接到所述输出，并且与第一实施例相似地，其的另一端连接到所述连接点。通过对电子开关76进行开关，重新环路电阻器使得可以监视电容器60的放电，以在正输出端38处维持恒定的电压。

该第二实施例的操作与之前描述的第一实施例中的相似，因此不再赘述。

第二实施例的优点与之前描述的第一实施例中的相似。

由于经由变压器102的两个次级电路106，108的第一转换器110A和第二转换器110B的关联联合，导致根据第二实施例的转换装置100进一步使得可以提高在电网络24中吸收的能量的质量。转换装置100然后使得可以限制AC网络24所经历的谐波失真水平，并且可以获取更好的所吸收的能量质量。

因此，可以看到，根据本发明的转换元件18使得可以降低成本和体积，同时允许通过很强的电流，诸如约100A的电流。

本领域的技术人员也将明白，根据第一个控制律和第二控制律中选择的控制律，第二转换级44能交替工作在升压转换和降压转换中。

图10示出了能够从升压工作模式变为降压工作模式，并且反之亦然的另一个转换元件的电气图，在该情况下，是通过切换两个接触器来产生从升压转换到降压转换的通路，并且反之亦然，而不是通过改变控制律，使其如之前所述地从第一控制律变为第二控制律，以及相反地从第二控制律变为第一控制律。

在图10中，转换元件200包括：两个输入端202，204，即，第一输入端202和第二输入端204，其能够被连接到DC电压源206；和两个输出端208，210，即，第一输出端208和第二输出端210，在其之间直流输出电压可以通过转换元件200来传送。

转换元件200包括连接在两个输入端202，204之间的滤波电容器212。

转换元件200还包括与滤波电容器212并联连接的，即，在两个输入端202，204之间的开关支路214，开关支路214包括串联连接的可控开关216和二极管218，并且其通过中点220而彼此链接。

转换元件200包括连接在中点220和中间点224之间的横向支路222，横向支路222包括电磁线圈226。作为一种补充，横向支路222包括电流传感器228。

转换元件200包括：第一接触器K1和第二接触器K2，第一和第二接触器K1，K2被耦合，使得当第二接触器K2处于断开位置时，第一接触器K1处于闭合位置，并且反过来当第二接触器K2处于闭合位置时，第一接触器K1处于断开位置。

第一接触器K1包括第一开关230和第二开关232，其能够与通过两个开关230，232的电流的通路相对应地，被命令为同时处于断开位置，或者处于闭合位置。第一开关230被连接在第一输入端202和第一输出端208之间，并且第二传感器132被连接在中间点224和第二输出端210之间。

第二接触器K2包括第三开关234和第四开关236，其能够与通过两个开关234，236的电流的通路相对应地，被命令为同时处于断开位置，或者处于闭合位置。第三开关234被连接在中间点224与输出端208之间，并且第四开关236被连接在第二输入端204和第二输出端210之间。

闭合第一接触器K1，即，闭合第一和第二开关230，232，对应于转换元件200的升压转换器工作模式。闭合第二接触器K2，即，闭合第三和第四开关234，236，对应于转换元件200的降压转换器工作模式。

然后，通过断开第一接触器K1并且闭合第二接触器K2，转换元件200能够简单地从升压转换变为降压转换，反过来，通过闭合第一接触器K1并且断开第二接触器K2，可以从降压转换变为升压转换。

可控开关216包括：半导体元件238，和与半导体元件238反向并联连接的二极管240，半导体元件238可以在导通状态和关断状态之间切换。

例如，半导体元件238是晶体管，诸如，绝缘栅双极晶体管（IGBT）。或者，半导体元件238是晶闸管，诸如，GTO（栅极可关断）晶闸管。

Claims (13)

1.一种电转换级（44），其能够一端连接到DC电压电总线的中间端子（34，36），并且另一端连接到输出端（38，40），所述转换级（44）包括：

-P个开关支路，其中，P大于或等于2，优选地等于3，开关支路（52A，52B，52C）并联连接在中间端子（34，36）之间，每个开关支路（52A，52B，52C）包括串联连接并且通过中点(58A，58B，58C)而彼此连接的第一可控电子开关(54A，54B，54C)和第二可控电子开关(56A，56B，56C)，第一开关(54A，54B，54C)被连接在第一中间端子（34）和相应的中点(58A，58B，58C)之间，并且第二开关(56A，56B，56C)被连接在第二中间端子（36）和相应的中点(58A，58B，58C)之间，每个开关(54A，54B，54C，56A，56B，56C)包括半导体元件（84）以及反向并联连接到半导体元件（84）的二极管（86），每个半导体元件（84）能够在导通状态和关断状态之间切换；

-控制装置，其用于根据控制律来控制电子开关(54A，54B，54C，56A，56B，56C)，

其特征在于，转换级（44）还包括连接在两个输出端（38，40）之间的电容器（60）；以及对于每个开关支路（52A，52B，52C），连接在电容器（60）的端子和相应的开关支路的中点(58A，58B，58C)之间的电磁线圈(62A，62B，62C)，并且

其特征在于，控制律是从第一控制律和第二控制律中选择的，所述第一控制律使得每个第一开关(54A，54B，54C)的半导体元件（84）始终为关断，并且所述第二控制律使得每个第二开关(56A，56B，56C)的半导体元件（84）始终为关断。

2.根据权利要求1所述的转换级（44），其中，所述第一控制律使得每个第二开关(56A，56B，56C)的半导体元件(84)被从关断状态到导通状态，然后从导通状态到关断状态地周期性控制。

3.根据权利要求1或者2所述的转换级（44），其中，所述第二控制律使得每个第一开关(54A，54B，54C)的半导体元件（84）被从关断状态到导通状态，然后从导通状态到关断状态地周期性控制。

4.根据上述权利要求中的任何一个所述的转换级（44），其中，根据第一控制律，所述转换级形成升压转换器，其能够将在中间端子（34，36）之间的DC电压转换为在输出端(38，40)之间的具有更高值的另一个DC电压，和/或根据第二控制律，所述转换级形成降压转换器，其能够将在中间端子（34，36）之间的DC电压转换为在输出端(38，40)之间的具有更低值的另一个DC电压。

5.根据上述权利要求中的任何一个所述的转换级（44），其中，所述转换级（44）能够接连地按第一控制律，然后第二控制律地进行选择，从而从升压转换工作模式变为降压转换工作模式，或者接连地从第二控制律变为第一控制规律，从而从降压转换工作模式变化为升压转换工作模式。

6.根据上述权利要求中的任何一个所述的转换级（44），其中，控制装置（64）能够根据开关律来控制开关支路(52A，52B，52C)的每个电子开关(54A，54B，54C，56A，56B，56C)，并且开关支路(52A，52B，52C)的开关律彼此偏离。

7.根据权利要求6所述的转换级（44），其中，每个支路(52A，52B，52C)的开关律具有相同的频率（F），并且相对彼此具有相移，每个支路(52A，52B，52C)的开关律之间的所述相移优选等于360°/P。

8.一种电转换器(30；110A，110B)，其可被链接到包括M个相的AC电网（24）上，M大于或等于1，所述转换器(30；110A，110B)包括：

-M个输入端（32），所述或者每个输入端（32）对应于AC网络（24）的相、第一中间端子（34）和第二中间端子（36）、以及两个输出端（38，40），

-第一转换级（42），其连接到输入端（32）并包括能够将AC输入电压转换成在第一和第二中间端子（34，36）之间传送的DC中间电压的电压整流器（48），以及

.第二转换级（44），其在第一转换级（42）的输出处连接到中间端子（34，36），

其特征在于，第二转换级（44）是根据如上的权利要求中的任何一个转换级（44）。

9.根据权利要求8所述的转换器(30；110A，110B)，其中，转换器(30；110A，110B)还包括连接在两个输出端中的一个输出端（38）和滤波器（50）之间的重新环路链接（63；116），所述滤波器（50）被连接在电压整流器（48）的输出处，所述重新环路链接（63；116）能够监视从在两个输出端（38，40）之间连接的电容器（60）的放电。

10.一种用于将交变电流转换为直流电流的装置（100），转换装置（100）能够被链接到包括M个相的AC电网（24），M大于或等于1，所述转换装置（100）包括：

-电压变压器（102），其包括：具有M个初级绕组的初级电路（104），每个都包括M个次级绕组的第一次级电路（106）和第二次级电路（108），

-连接到所述第一次级电路（106）的第一电转换器（110A），以及

-连接到所述第二次级电路（108）的第二电转换器（110B），

其特征在于，所述第一和第二电转换器（110A，110B）是根据权利要求8或者权利要求9的每个的转换器。

11.根据权利要求10所述的装置（100），其中，M等于3，所述三个初级绕组被以星形连接，所述第一次级电路（106）的三个次级绕组被以三角形连接，并且所述第二次级电路（108）的三个次级绕组被以星形连接。

12.一种用于对电池（12）再充电的端装置（10），特别是对机动车（14）电池（12）再充电的端装置（10），包括：壳体（16），和被设计以被电链接到电池（12）的电连接器（20），

其特征在于，再充电端装置包括根据权利要求8或者9的电转换器(30；110A，110B)和根据权利要求10或者11的转换装置（100）中的转换元件（18），所述转换元件（18）被放置在壳体（16）中。

13.根据权利要求12所述的再充电端装置（10），其中，端装置（10）还包括电连接电缆（22），其至少部分地布置在所述壳体（16）外部，并且将电连接器（20）链接到转换元件（18）。

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