CN110581581A - 能够减少低频泄漏电流的充电装置 - Google Patents

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Abstract

本申请涉及能够减少低频泄漏电流的充电装置。该充电装置包括：功率因数校正转换器，其包括开关，其中功率因数校正转换器通过对AC电力的功率因数进行校正而使得由开关的接通/关断控制输入的AC电力转换成DC电力；DC‑DC转换器，其将从功率因数校正转换器输出的电压的大小改变为要进行充电的能量存储设备所需要的电压的大小；第一占空控制器，其基于AC电力的差模分量的大小确定开关的第一占空值，以通过功率因数校正转换器输出具有预先确定的大小的电压；以及第二占空控制器，其基于共模分量确定开关的第二占空值，以去除AC电力的共模分量。

Description

能够减少低频泄漏电流的充电装置
技术领域
本发明涉及一种用于对能量存储设备进行充电的充电装置，更具体地，涉及一种能够减少由于交流(AC)电网电力中包括的共模分量而引起的低频泄漏电流的充电装置。
背景技术
通常，电动车辆或者插电式混合动力车辆配备有能量存储设备(比如，电池)，其利用充电设施接收并保持AC电网电力。这些车辆配备有充电装置，其将从外部充电设施提供的AC电网电力转换成具有理想大小的DC电力，从而对能量存储设备进行充电。
安装在车辆上的充电装置称为车载充电器(OBC)并且可以包括功率因数校正转换器和直流-直流(DC-DC)转换器，其中，功率因数校正转换器通过对输入AC电力的功率因数进行校正而产生DC电压，DC-DC转换器将来自功率因数校正转换器的输出电压的大小改变成对电池进行充电所需要的电压的大小。Y电容器设置在汽车充电装置的输入和输出端子，从而消除噪声分量。通常，连接到汽车充电装置的输出端子的Y电容器的电容比连接到输入端子的Y电容器的电容大。
车辆外部的充电设施提供的AC电力可以是对称型或非对称型，这取决于相应国家的充电设施的类型或者供电网的类型。当AC电力非对称时，存在共模分量。共模分量作为低频(电网频率)噪声，从而导致通过Y电容器泄露到大地的泄漏电流。
具体地，当汽车充电装置中的直流-直流(DC-DC)转换器是包括变压器的绝缘型时，DC-DC转换器的输入端子和输出端子彼此隔离，因此，电网电力的共模分量不影响汽车充电装置的输出端子。然而，当DC-DC转换器是非绝缘类型时，在DC-DC转换器的输入端子和输出端子之间形成电连接。因此，电网电力的共模分量通过连接到汽车充电装置的输出端子的Y电容器作为低频泄漏电流流出。如上所述，由于连接到输出端子的Y电容器的电容比连接到汽车充电装置的输入端子的Y电容器的电容大得多，因此，由共模而引起的大部分低频泄漏电流集中在输出端子处的Y电容器。
外部充电设施包括剩余电流检测(RCD)设备，但是存在的问题是，当产生超过针对RCD而设置的标准检测水平(大约30mArms)的低频泄漏电流时，停止充电。
以上提供的作为本发明的相关技术的描述仅是为了帮助理解本发明的背景技术，不应该将其解释为包括在本领域技术人员已知的相关技术内。
发明内容
本发明的一个方面提供了一种充电装置，其能够减少非对称交流(AC)电源中的共模分量导致的低频泄漏电流。
根据本发明的一个方面，提供了一种充电装置，其能够减少低频泄漏电流，所述充电装置包括：功率因数校正转换器，其包括开关，所述功率因数校正转换器通过对AC电力的功率因数进行校正而使得由开关的接通/关断控制而输入的AC电力转换成DC电力；DC-DC转换器，其将从所述功率因数校正转换器输出的电压的大小改变为要进行充电的能量存储设备所需要的电压的大小；第一占空控制器，其基于AC电力的差模分量的大小确定开关的第一占空值，以通过所述功率因数校正转换器输出具有预先确定的大小的电压；以及第二占空控制器，其基于共模分量确定开关的第二占空值，以去除交流电力的共模分量；其中，基于通过将所述第一占空值和所述第二占空值相加而获得的最终占空值对开关进行接通/关断控制。
所述充电装置可以进一步包括第一Y电容器和第二Y电容器，其分别连接到所述DC-DC转换器的输出端子的正(+)端子和负(-)端子。
所述第二占空控制器可以基于所述第一Y电容器或所述第二Y电容器的电压与所述能量存储设备的电压之间的关系确定所述第二占空值。
所述第二占空控制器可以确定所述第二占空值，使得所述第一Y电容器和所述第二Y电容器的电压变成所述的电压的1/2。
所述第二占空控制器可以确定所述第二占空值以满足等式vY-cap_p＝vbat-αvlink(其中，vY-cap_p是连接到所述DC-DC转换器的输出端子的正(+)端子的第一Y电容器的电压，vbat是连接到DC-DC转换器的输出端子的能量存储设备的电压，vlink是所述DC-DC转换器的输入端子的DC母线(link)电压，α是在0和1之间确定的任意常数)。
任意常数α可以是接近0.5的值或是0.5。
所述DC-DC转换器可以是非绝缘类型。
所述功率因数校正转换器可以包括：第一桥臂，其包括彼此直接连接的第一开关和第二开关；以及第二桥臂，其包括彼此直接连接的第三开关和第四开关；所述第一桥臂和所述第二桥臂在所述DC-DC转换器的输入端的两个输入端子之间彼此并联连接，提供AC电力的AC电源的第一端连接到所述第一开关和所述第二开关的连接节点，AC电源的第二端连接到所述第三开关和所述第四开关的连接节点。
所述第一占空值可以包括第一开关的占空值和所述第三开关的占空值，所述第一开关的占空值和所述第三开关的占空值可以具有正弦波形，随着时间的经过，正弦波形分别以0.5的增量或减量增加或减少，以及所述第一开关的占空值和所述第三开关的占空值以0.5的增量或减量具有相互补偿关系。
根据本发明的另一个方面，提供了一种充电装置，其能够减少低频泄漏电流，所述充电装置包括：功率因数校正转换器，其包括开关，并且通过对AC电力的功率因数进行校正而使得由开关的接通/关断控制而输入的AC电力转换成直流电力并将其输出；DC-DC转换器，其将从所述功率因数校正转换器输出的电压的大小改变为要进行充电的能量存储设备所需要的电压的大小；第一Y电容器和第二Y电容器，第一Y电容器和第二Y电容器分别连接在大地与所述DC-DC转换器的输出端子的正(+)端子和负(-)端子之间；第一占空控制器，其基于AC电力的差模分量的大小确定开关的第一占空值，以通过所述功率因数校正转换器输出具有预先确定的大小的电压；以及第二占空控制器，其确定开关的第二占空值，以使第一Y电容器或第二Y电容器的电压成为DC电压；其中，基于通过将所述第一占空值和所述第二占空值相加而获得的最终占空值对开关进行接通/关断控制。
所述功率因数校正转换器可以包括：第一桥臂，其包括彼此直接连接的第一开关和第二开关；以及第二桥臂，其包括彼此直接连接的第三开关和第四开关；所述第一桥臂和所述第二桥臂在所述DC-DC转换器的输入端的两个输入端子之间彼此并联连接，提供AC电力的AC电源的第一端连接到所述第一开关和所述第二开关的连接节点，AC电源的第二端连接到所述第三开关和所述第四开关的连接节点。
所述第二占空控制器可以确定开关的第二占空值，从而AC电源的共模分量可以被第一开关和第二开关的连接节点与第三开关和第四开关的连接节点之间的共模分量抵消。
所述第二占空控制器可以基于所述第一Y电容器或所述第二Y电容器的电压与所述能量存储设备的电压之间的关系确定所述第二占空值。
所述第二占空控制器可以确定所述第二占空值，使得所述第一Y电容器和所述第二Y电容器的电压变成所述能量存储设备的电压的1/2。
所述第二占空控制器可以确定所述第二占空值以满足等式vY-cap_p＝vbat-αvlink(其中，vY-cap_p是连接到所述DC-DC转换器的输出端子的正(+)端子的第一Y电容器的电压，vbat是连接到DC-DC转换器的输出端子的能量存储设备的电压，vlink是所述DC-DC转换器的输入端子的DC母线电压，α是在0和1之间确定的任意常数)。
任意常数α可以是接近0.5的值。
任意常数α可以是0.5。
所述DC-DC转换器可以是非绝缘类型转换器。
根据能够减少低频泄漏电流的充电装置，可以减少充电装置中产生的非对称DC电源的共模分量所引起的低频泄漏电流。因此，根据可以减少低频泄漏电流的充电装置，可以通过将泄漏电流减少到在充电设施中的RCD设备的检测水平(大约30mArms)以下来防止充电停止。
特别地，根据可以减少低频泄漏电流的充电装置，可以防止用于控制的占空值的饱和，并且能够通过创建共模去除占空值消除由于大电压范围内的共模分量所引起的低频泄漏电流，使得Y电容器的电压的大小成为通过按预定比率缩放能量存储设备的电压和母线电压而获得的值的差。
附图说明
通过随后结合附图所呈现的具体描述，本发明的以上和其它方面、特征以及优点将会更明显，在这些附图中：
图1为根据本发明的实施方案的可以减少低频泄漏电流的充电装置的电路图；
图2为示出根据本发明的实施方案的可以减少低频泄漏电流的充电装置中的共模分量和Y电容器之间的连接关系的等效电路图；
图3为示出控制充电装置的PFC转换器的第一控制示例的各输出波形的图，根据本发明的第一控制示例，控制充电装置的PFC转换器可以减少低频泄漏电流。
图4至图7为示出控制充电装置的PFC转换器时所应用的占空值的各示例的图，根据本发明的实施方案，控制充电装置的PFC转换器可以减少低频泄漏电流；以及
图8为示出控制充电装置的PFC转换器的第二控制示例的各输出波形的图，根据本发明的实施方案，控制充电装置的PFC转换器可以减少低频泄漏电流。
具体实施方式
下文中，参照附图详细地描述根据本发明的各实施方案的可以减少低频泄漏电流的充电装置。
图1为根据本发明的实施方案的可以减少低频泄漏电流的充电装置的电路图。
参照图1，根据本发明的实施方案的可以减少低频泄漏电流的充电装置可以包括：功率因数校正(PFC)转换器13、DC-DC转换器15、Y电容器CCM1和CCM2以及第一占空控制器110和第二占空控制器120。
PFC转换器13从外部输入的AC电源11接收AC电力(电网电力vg)，且将AC电力转换为DC电力并将其输出，并对AC电力的功率因数进行校正。具体地，PFC转换器13可以包括具有多个开关元件Q1至Q4的并网逆变器拓扑。
具体地，PFC转换器13可以包括第一桥臂和第二桥臂，其中，第一桥臂包括彼此直接连接的第一开关元件Q1和第二开关元件Q2，第二桥臂包括彼此直接连接的第三开关元件Q3和第四开关元件Q4。第一桥臂和第二桥臂可以在DC-DC转换器15输入端的两个输入端子之间彼此并联连接。也即，第一开关元件Q1和第二开关元件Q2可以顺序地直接连接在PFC转换器13的正(+)端子和负(-)端子之间，第三开关元件Q3和第四开关元件Q4可以顺序地直接连接在PFC转换器13输出端的正(+)端子和负(-)端子之间。
此外，PFC转换器13可以包括第一电感Lac1和第二电感Lac2，其中，第一电感Lac1的两端分别连接到输入AC电力的第一端和第一开关元件Q1与第二开关元件Q2的连接节点，第二电感Lac2的两端分别连接到输入AC电力的第二端和第三开关元件Q3与第四开关元件Q4的连接节点。第一电感Lac1和第二电感Lac2可以用于滤波。
PFC转换器13的开关元件Q1至Q4可以是各种晶体管，包括双极结型晶体管(BJT)、结型场效应管(JFET)、IGFT(比如，金属氧化物半导体场效应管(MOSFET))、绝缘栅双极型晶体管等等，并且开关元件Q1至Q4可以根据占空值控制为接通/关断，其中，如下所述，第一占空控制器110和第二占空控制器120对占空值进行确定。
从外部充电设施提供的AC电力vg输入到PFC转换器13的输入端子。提供到PFC转换器13的输入端子的AC电力可以具有对称或非对称结构，这取决于充电设施规范的国家。以对称结构提供的AC电力具有共模分量，但是共模分量的AC电压的大小为以非对称结构提供的AC电力的AC电压的最大大小(幅度)vg的一半。共模分量产生频率与其频率对应的低频泄漏电流。当图1中所示的AC电源11为具有对称结构的AC电源时，共模分量vg_CM是0，当AC电源具有非对称结构时，AC电源提供的AC电压的大小vg的1/2。
如上所述，AC电源11的端子(正(+)端子)可以连接到第一电感Lac1的第二端，其中，第一电感Lac1的第一端连接到PFC转换器13中的第一开关元件Q1与第二开关元件Q2的连接节点，而AC电源11的另一个端子(负(-)端子)可以连接到第二电感Lac2的第二端，其中，第二电感Lac2的第一端连接到PFC转换器13中的第三开关元件Q3与第四开关元件Q4的连接节点。
PFC转换器13将从AC电源11输入的AC电力转换成DC电力并将其输出，并且利用从PFC转换器13输出的电力对DC母线电容Clink进行充电，从而产生具有预先确定的大小的DC母线电压Vlink，其中，DC母线电容Clink的两端连接在PFC转换器13的输出端的两个端子之间。
DC-DC转换器15可以将PFC转换器13的输出DC母线电压Vlink转换成具有期望大小的DC电压并将其输出。本发明的各实施方案涉及一种充电装置，其产生用于对汽车电池17等等进行充电的DC电力，使得将DC-DC转换器15控制为输出大小足够对电池17进行充电的电压。
本发明的各实施方案旨在利用充电装置的输出端子处的Y电容器CCM1和CCM2减少AC电源11的共模分量引起的低频泄漏电流，因此，DC-DC转换器15可以是非绝缘类型转换器，其可以通过输出端子接收AC电源11的共模分量。应用到本发明的各实施方案的非绝缘DC-DC转换器可以具有本领域中已知的各种结构，并且控制DC-DC转换器的方法也是本领域中已知的，因此，不对DC-DC转换器15进行另外的描述。
在第一Y电容器CCM1和第二Y电容器CCM2中，第一端可以分别连接到DC-DC转换器15的输出端(也即，充电装置的输出端)的正(+)端子和负(-)端子，第二端一般可以连接到大地(车辆的底盘)。
比如，对于汽车充电装置，在充电装置的输出端子的第一Y电容器CCM1和第二Y电容器CCM2比在充电装置的输入端子设置的Y电容器(未示出)具有大得多的电容，因此，大部分共模分量引起的低频泄漏电流iCG通过在输出端子处的第一Y电容器CCM1和第二Y电容器CCM2流到大地。如下所述，根据本发明的各实施方案，对PFC转换器13中的开关元件的占空进行恰当地控制，从而减少通过第一Y电容器CCM1和第二Y电容器CCM2流出到大地的低频泄漏电流iCG。
第一占空控制器110可以确定并输出占空值d，其可以对开关元件Q1至Q4进行控制，使得PFC转换器13输出具有预先确定的大小的电压。也即，第一占空控制器110可以确定PFC转换器13中的开关元件Q1至Q4的第一占空值d，使得DC母线电压Vlink可以是具有预先确定的大小的电压。
具体地，第一占空控制器110可以通过将DC母线电压Vlink与预先确定的电压进行比较，来创建使DC母线电压Vlink跟随预先确定的电压的参考电流值，并且可以创建dq-轴向电压控制值，用于使通过基于输入电压的相位信息将输入电流与dq转换值和参考电流值进行比较而输入电流跟随参考电流值，然后通过对dq-轴向电压控制值执行dq反转可以创建第一占空值d。第一占空控制器110创建第一占空值d的方法是应用于利用逆变型拓扑的PFC控制结构已知的技术，因此，本文中不对其进行详细的描述。
第二占空控制器120可以确定PFC转换器13中的开关元件Q1至Q4的第二占空值dCM，使得减少共模分量产生的低频泄漏电流。在本发明的实施方案中，第二占空控制器130可以基于第一Y电容器CCM1和第二Y电容器CCM2的电压与要进行充电的电池(能量存储设备17)的电压vbat之间的关系确定PFC转换器13中的开关元件Q1至Q4的第二占空值dCM，以减少共模分量产生的低频泄漏电流。
在本发明的实施方案中，将第一占空控制器110确定的第一占空值d和第二占空控制器120确定的第二占空值dCM相加为用于对PFC转换器13中的开关元件Q1至Q4进行控制的最终占空值dnew。基于最终占空值dnew对开关元件Q1至Q4的接通/关断进行控制。
图2为示出根据本发明的实施方案的可以减少低频泄漏电流的充电装置中的共模分量和Y电容器之间的连接关系的等效电路图。
在图2中，“vAB_CM”所指示的电压是构成PFC转换器13的第一桥臂的第一开关元件Q1和第二开关元件Q2的连接节点A与构成第二桥臂的第三开关元件Q3和第四开关元件Q4的连接节点B之间产生的电压vAB的共模分量。
图2中所示的等效电路是仅仅由图1中所示的电路中与低频共模分量相关的部件所获得的等效电路。在图1的电路中，因为用于低频分量的阻抗较低，所以电感Lac是可忽略的，并且因为将低频共模分量传送到输出端子，所以非绝缘DC-DC转换器15也是可忽略的。此外，在等效电路分析时，基于DC(-)线对输出端处的Y电容器进行简单的分析，因此，显示通过第二Y电容器CCM2的低频共模路径是合适的。考虑到图1中的这些因素，可以导出与低频共模分量有关的等效电路，如图2所示。
如图2所示，通过控制节点A和节点B之间的电压的共模分量vAB_CM，可以调节由于流向Y电容器(图2中的第二Y电容器CCM2)的AC电源的共模分量vg_CM引起的泄漏电流。节点A和节点B之间的电压可以通过应用并网逆变器拓扑对开关元件Q1至Q4的接通/关断占空值进行控制来确定。
也就是说，为了减少由于AC电源的共模分量引起的Y电容器CCM1和CCM2的低频泄漏电流，控制开关元件Q1至Q4的接通/关断占空值，从而AC电源的共模分量vg_CM可以被节点A和节点B之间的电压的共模分量vAB_CM抵消。
下面详细描述控制开关元件Q1至Q4的接通/关断占空值以减少由于共模分量引起的Y电容器CCM1和CCM2的低频泄漏电流的两个示例。
第一控制示例
首先，作为第一控制方法，其是通过使Y电容器CCM1和CCM2的电压vY_Cap_p和vY_Cap_n变成AC型来去除低频AC分量的方法，当将Y电容器CCM1和CCM2的电压vY_Cap_p和vY_Cap_n的大小控制到能量存储设备17的电压vbat的1/2时，可以去除通过Y电容器CCM1和CCM2流到大地的泄漏电流iCG的DC分量和低频AC分量。
为此，在第一控制示例中，PFC转换器13创建第二占空值dCM，用于使Y电容器CCM1和CCM2的电压vY_Cap_p和vY_Cap_n的大小为能量存储设备17的电压vbat的1/2。
通过将从第一占空控制器110输出的第一占空值d和由第二占空控制器120创建的第二占空值dCM相加获得最终占空值dnew，以使得DC母线电压Vlink成为具有预先确定的大小的电压，并且可以基于最终占空值dnew控制PFC转换器13中的开关元件Q1至Q4的接通/关断。
在此过程中，即使第二占空值dCM与第一占空值d相加，开关元件的整个占空也相应地改变，因此，可以保持具有相互补偿关系的第一桥臂的开关元件和第二桥臂的开关元件的差模分量。因此，即使用于去除差模分量的第二占空值与第一占空值相加，也不影响整个充电装置的性能。
图3为示出控制充电装置的PFC转换器的第一控制示例的各输出波形的图，其中，根据本发明的第一控制示例，控制充电装置的PFC转换器可以减少低频泄漏电流。
图3的最上部波形图显示了输入AC电压vg、输入AC电压ig、PFC转换器13的输出端子的DC母线电压Vlink以及在执行第一控制示例之前和之后的能量存储设备(即，DC-DC转换器15或充电装置的输出电压vbat)的电压。从波形图中可以看出，即使第二占空控制器120工作，用于使Y电容器CCM1和CCM2的电压vY_Cap_p和vY_Cap_n的大小成为能量存储设备17的电压vbat的1/2的第二占空值dCM也被求和，并且控制PFC转换器13，使DC母线电压Vlink和能量存储设备的电压vbat变化不大。
图3中从顶部开始的第二波形图显示了占空值，其中，由第一占空控制器110确定的dA表示第一桥臂的第一开关元件Q1的占空值，由第一占空控制器110确定的dB表示第二桥臂的第三开关元件Q3的占空值，dCM示出由第二占空控制器120创建的第二占空值。第一开关元件Q1的占空值dA和第三开关元件Q3的占空值dB具有正弦波形，随着时间的经过，正弦波形以0.5的增量/减量增加/减少。此外，第一开关元件Q1的占空值dA和第三开关元件Q3的占空值dB可以具有0.5增量/减量的相互补偿关系。
如图3所示，当第二占空控制器120创建第二占空值dCM以使Y电容器CCM1和CCM2的电压vY_Cap_p和vY_Cap_n的大小为能量存储设备17的电压vbat的1/2时，第二占空值dCM与第一占空控制器110确定的dA和dB求和，从而改变dA和dB。更改的占空值是最终占空值dnew。
图3中从顶部开始的第三波形图显示了Y电容器CCM1和CCM2的电压vY_Cap_p和vY_Cap_n，其中可以看到，在第二占空控制器120工作之前，Y电容器CCM1和CCM2的电压vY_Cap_p和vY_Cap_n中包括与输入AC电压具有大致相同的频率的分量，但是在第二占空控制器120工作之后，Y电容器CCM1和CCM2的电压vY_Cap_p和vY_Cap_n显示具有大致相同大小的DC电压。
图3中的最下部波形图显示了从两个Y电容器CCM1和CCM2之间的节点流出到大地的电流iCG，其中可以看到，在第二占空控制器120工作之前，与输入AC具有大致相同的频率的大幅值泄漏电流流出到地面，但在第二占空控制器120工作之后，电流iCG几乎接近0。
根据第一控制示例，由于将Y电容器CCM1和CCM2的电压vY_Cap_p和vY_Cap_n的大小控制为能量存储设备17的电压vbat的1/2的DC偏移分量被用于确定占空值，所以可能发生如下饱和：设置在PFC转换器13之后的DC-DC转换器15的电压的增加/降低引起最终占空值超过1或减小小于0。参照图4至图7详细描述这种饱和。
图4至图7为示出控制充电装置的PFC转换器所应用的占空值的各示例的图，其中，根据本发明的实施方案，控制充电装置的PFC转换器可以减少低频泄漏电流。
图4示出从第一占空控制器110输出的第一占空值d的波形，其中，dA表示第一开关元件Q1的占空值的波形，dB表示第三开关元件Q3的占空值的波形。如图4中所示，第一开关元件Q1的占空值dA和第三开关元件Q3的占空值dB具有0到1之间的值，并且可以具有正弦波形，随着时间的经过，正弦波形以0.5的增量/减量增加/减少。在0.5的增量/减量中，可以将占空值dA和dB设置为具有相互补偿关系。可以根据输入AC电压的差模分量的大小确定占空值dA和dB的峰值dDM_pk。
根据本发明的第一控制示例，通过将用于去除共模分量的第二占空值dCM与图4所示的第一占空值相加来创建最终占空值dnew。
参考图2所示的等效电路，当第二占空控制器120不工作时，如图4所示，节点A和节点B之间的电压的共模分量vAB_CM的DC分量是DC母线电压的1/2(0.5Vlink)。
图5是连接至PFC转换器13的后端的DC-DC转换器15将DC母线电压Vlink不经改变地传输到能量存储设备17的图。当DC母线电压Vlink与能量存储设备17的电压相同时，第二占空值dCM不具有DC偏移，因此可以维持节点A和节点B之间的电压的共模分量vAB_CM的DC分量。此外，第二占空值dCM可以确定为仅去除节点A和节点B之间的电压的共模分量vAB_CM的AC分量。
另一方面，图6是示出连接到PRC转换器13的后端的DC-DC转换器15增加输入DC母线电压Vlink的情况的图。在这种情况下，能量存储设备17的电压vbat大于DC母线电压Vlink，因此由第二占空控制器120创建的第二占空值dCM必须具有反映能量存储设备17的电压vbat的DC偏移分量。当具有DC偏移分量的第二占空值dCM与第一占空值dA和dB相加时，第一占空值中的一些可能具有值大于1的饱和区。
另一方面，图7是示出连接到PRC转换器13的后端的DC-DC转换器15降低输入DC母线电压Vlink的情况的图。在这种情况下，能量存储设备17的电压vbat小于DC母线电压Vlink，因此由第二占空控制器120创建的第二占空值dCM必须具有反映能量存储设备17的电压vbat的DC偏移分量。当具有DC偏移分量的第二占空值dCM与第一占空值dA和dB相加时，第一占空值中的一些可能具有值大于0的饱和区。
为了解决这个问题，本发明的一个实施方案提供了下面的第二控制示例。
第二控制示例
即使Y电容器CCM1和CCM2的电压vY_Cap_p和vY_Cap_n的大小不同，Y电容器CCM1和CCM2对于DC分量大致上具有无限大的阻抗，所以通过Y电容器CCM1和CCM2流出到大地的电流iCG的DC分量可以忽略不计。
因此，可以通过只将AC分量控制为与电网电源的共模分量vg_CM相同，同时忽略如图2中所示的节点A和节点B之间的分量电压vAB_CM的DC分量，来消除共模分量产生的低频泄漏电流。这种消除技术应用于本发明的第二控制示例。
为此，在本发明的第二控制示例中，可以通过创建第二占空值dCM来控制PFC转换器13的开关元件Q1至Q4，该第二占空值dCM用于通过第二占空控制器120满足以下等式，并将第二占空值与第一占空值d相加。
等式
vY-cap_p＝vbat-αvlink
在此等式中，vY-cap_p是连接到DC-DC转换器15的输出端的正(+)端子的第一Y电容器CCM1的电压，vbat是连接到DC-DC转换器15的输出端子的能量存储设备的电压，并且vlink是DC-DC转换器15的输入端子的DC母线电压。此外，α是任意常数，在0和1之间确定，更具体地说，是接近0.5的值或是0.5。
根据等式，连接到DC-DC转换器15的输出端的负(-)端的第二Y电容器CCM2的电压的大小始终是αvlink。
在图2中，由于节点A和节点B之间的共模分量电压vAB_CM的DC分量是直流母线电压vlink的1/2(0.5vlink)，并且第二Y电容器CCM2的电压的大小始终是αvlink，所以第二占空控制器120可以只考虑“(0.5-α)vlink”的DC分量来创建第二占空值dCM，而不管DC-DC转换器15的电压是增加还是减少。当α接近0.5时，较少需要考虑DC分量，更具体地，可以借助第二占空值dCM而仅去除节点A和节点B之间的共模分量电压vAB_CM的AC分量，而不考虑“α＝0.5”时的DC偏移。
即，根据第二控制示例，与第一控制示例不同，不会发生由于DC-DC转换器15的电压的增加/降低引起的占空饱和。
图8是示出控制充电装置的PFC转换器的第二控制示例的各输出波形的图，根据本发明的实施方案，控制充电装置的PFC转换器可以减少低频泄漏电流。
图8的最上部波形图显示了输入AC电压vg、输入AC电压ig、PFC转换器13输出端子的AC母线电压vlink以及在执行第二控制示例之前和之后的能量存储设备(即，DC-DC转换器15或充电装置的输出电压vbat)的电压。从波形图中可以看出，即使第二占空控制器120工作，用于使Y电容器CCM1和CCM2的电压vY_Cap_p和vY_Cap_n的大小成为能量存储设备17的电压vbat的1/2的第二占空值dCM也被求和，并且PFC转换器13被控制，DC母线电压vlink和能量存储设备的电压vbat变化较小。
图8中从上部开始的第二波形图显示了占空值，其中由第一占空控制器110确定的dA表示第一桥臂的第一开关元件Q1的占空值，由第一占空控制器110确定的dB表示第二桥臂的第三开关元件Q3的占空值，并且dCM示出由第二占空控制器120创建的第二占空值。如图8所示，当由第二占空控制器120创建用于满足等式2的第二占空值dCM时，将第二占空值dCM与由第一占空控制器110确定的dA和dB相加，从而改变dA和dB的大小。更改的占空值是最终占空值dnew。
图8中从顶部开始的第三波形图显示了Y电容器CCM1和CCM2的电压vY_Cap_p和vY_Cap_n，其中可以看到，在第二占空控制器120工作之前，Y电容器CCM1和CCM2的电压vY_Cap_p和vY_Cap_n中包括与输入AC电压具有大致相同的频率的分量，但是在第二占空控制器120工作之后，从Y电容器CCM1和CCM2的电压vY_Cap_p和vY_Cap_n中去除了AC分量并输出DC电压。
图8中的最下部波形图显示了从两个Y电容器CCM1和CCM2之间的节点流出到大地的电流iCG，其中可以看到，在第二占空控制器120工作之前，与输入AC具有大致相同的频率的大幅值泄漏电流流出到大地，但在第二占空控制器120工作之后，电流iCG几乎接近0。
如上所述，根据本发明的各个实施方案的能够减少低频泄漏电流的充电装置能够减少由于不对称DC电源的共模分量所引起的低频泄漏电流。因此，根据本发明的各个实施方案的能够减少低频泄漏电流的充电装置可以通过将泄漏电流减少到在充电设施中的RCD设备的检测水平(大约30mArms)以下来防止充电停止。
特别地，根据本发明的各个实施方案的能够减少低频泄漏电流的充电装置能够防止用于控制的占空值的饱和，并且能够通过创建共模去除占空值来消除由于大电压范围内的共模分量所引起的低频泄漏电流，使得Y电容器的电压的大小成为通过按预定比率缩放能量存储设备的电压和母线电压而获得的值的差。
虽然以上参照具体实施方案描述了本发明，但是本领域技术人员显然可以在权利要求范围内以各种方式改变和修改本发明。

Claims (19)

1.一种充电装置，其能够减少低频泄漏电流，所述充电装置包括：
功率因数校正转换器，其包括开关，其中，所述功率因数校正转换器通过对交流电力的功率因数进行校正而使得由开关的接通/关断控制输入的交流电力转换成直流电力；
DC-DC转换器，其将从所述功率因数校正转换器输出的电压的大小改变为要进行充电的能量存储设备所需要的电压的大小；
第一占空控制器，其基于交流电力的差模分量的大小确定开关的第一占空值，以通过所述功率因数校正转换器输出具有预先确定的大小的电压；以及
第二占空控制器，其基于共模分量确定开关的第二占空值，以去除交流电力的共模分量；
其中，基于通过将所述第一占空值和所述第二占空值相加而获得的最终占空值对开关进行接通/关断控制。
2.根据权利要求1所述的充电装置，进一步包括第一Y电容器和第二Y电容器，第一Y电容器和第二Y电容器分别连接到所述DC-DC转换器的输出端子的正端子和负端子。
3.根据权利要求2所述的充电装置，其中，所述第二占空控制器基于所述第一Y电容器或所述第二Y电容器的电压与所述能量存储设备的电压之间的关系确定所述第二占空值。
4.根据权利要求3所述的充电装置，其中，所述第二占空控制器确定所述第二占空值，使得所述第一Y电容器和所述第二Y电容器的电压中的每个变成所述能量存储设备的电压的一半。
5.根据权利要求3所述的充电装置，其中，所述第二占空控制器利用如下的等式确定所述第二占空值：
vY-cap_p＝vbat-αvlink，
其中，vY-cap_p是连接到所述DC-DC转换器的输出端子的正端子的第一Y电容器的电压，vbat是连接到DC-DC转换器的输出端子的能量存储设备的电压，vlink是所述DC-DC转换器的输入端子的直流母线电压，α是在0和1之间确定的任意常数。
6.根据权利要求5所述的充电装置，其中，任意常数α是接近0.5的值。
7.根据权利要求5所述的充电装置，其中，任意常数α是0.5。
8.根据权利要求1所述的充电装置，其中，所述DC-DC转换器是非绝缘DC-DC转换器。
9.根据权利要求1所述的充电装置，其中，所述功率因数转换器包括：
第一桥臂，其包括彼此直接连接的第一开关和第二开关；以及
第二桥臂，其包括彼此直接连接的第三开关和第四开关；
其中，所述第一桥臂和所述第二桥臂在所述DC-DC转换器的两个输入端子之间彼此并联连接，提供交流电力的交流电源的第一端连接到所述第一开关和所述第二开关的连接节点，交流电源的第二端连接到所述第三开关和所述第四开关的连接节点。
10.根据权利要求9所述的充电装置，其中，所述第一占空值包括第一开关的占空值和第三开关的占空值，第一开关的占空值和第三开关的占空值具有正弦波形，随着时间的经过，正弦波形分别以0.5的增量或减量增加或减少，以及
所述第一开关的占空值和所述第三开关的占空值以0.5的增量或减量具有相互补偿关系。
11.一种充电装置，其能够减少低频泄漏电流，所述充电装置包括：
功率因数校正转换器，其包括开关，所述功率因数校正转换器通过对交流电力的功率因数进行校正而使得由开关的接通/关断控制输入的交流电力转换成直流电力；
DC-DC转换器，其将从所述功率因数校正转换器输出的电压的大小改变为要进行充电的能量存储设备所需要的电压的大小；
第一Y电容器和第二Y电容器，所述第一Y电容器和第二Y电容器分别连接在大地与DC-DC转换器的输出端子的正端子和负端子之间；
第一占空控制器，其基于交流电力的差模分量的大小确定开关的第一占空值，以通过所述功率因数校正转换器输出具有预先确定的大小的电压；以及
第二占空控制器，其确定开关的第二占空值，使所述第一Y电容器或所述第二Y电容器的电压成为直流电压；
其中，基于通过将所述第一占空值和所述第二占空值相加而获得的最终占空值对开关进行接通/关断控制。
12.根据权利要求11所述的充电装置，其中，所述功率因数转换器包括：
第一桥臂，其包括彼此直接连接的第一开关和第二开关；以及
第二桥臂，其包括彼此直接连接的第三开关和第四开关；以及
所述第一桥臂和所述第二桥臂在所述DC-DC转换器的两个输入端子之间彼此并联连接，提供交流电力的交流电源的第一端连接到第一开关和第二开关的连接节点，交流电源的第二端连接到第三开关和第四开关的连接节点。
13.根据权利要求12所述的充电装置，其中，所述第二占空控制器确定开关的第二占空值，以去除第一开关和第二开关的连接节点与第三开关和第四开关的连接节点之间的交流电源的共模分量。
14.根据权利要求11所述的充电装置，其中，所述第二占空控制器基于第一Y电容器或第二Y电容器的电压与能量存储设备的电压之间的关系确定第二占空值。
15.根据权利要求14所述的充电装置，其中，所述第二占空控制器确定第二占空值，使得第一Y电容器和第二Y电容器的电压变成能量存储设备的电压的一半。
16.根据权利要求14所述的充电装置，其中，所述第二占空控制器利用如下的等式确定第二占空值：
vY-cap_p＝vbat-αvlink，
其中，vY-cap_p是连接到所述DC-DC转换器的输出端子的正端子的第一Y电容器的电压，vbat是连接到DC-DC转换器的输出端子的能量存储设备的电压，vlink是DC-DC转换器的输入端子的直流母线电压，α是在0和1之间确定的任意常数。
17.根据权利要求16所述的充电装置，其中，任意常数α是接近0.5的值。
18.根据权利要求16所述的充电装置，其中，任意常数α是0.5。
19.根据权利要求11所述的充电装置，其中，所述DC-DC转换器是非绝缘转换器。
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