CN111769750A - 整流器组件 - Google Patents

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T·菲森迈尔
S·恩德雷斯
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Abstract

一种用于将交流电压整流成直流电压的整流器组件(20)具有第一端子(21)、第二端子(22)、第三端子(23)和第四端子(24)，该整流器组件(20)具有带有第一线路(51)、第二线路(52)和节点(53)的中间电路(50)，该节点(53)藉由至少一个第一电容器(61)与该第一线路(51)相连，并且藉由至少一个第二电容器(62)与该第二线路(52)相连，该第一端子(21)、第二端子(22)和第三端子(23)各自藉由所属的电路组件(31，32，33)与星形点(40)相连，该第四端子(24)同样与该星形点(40)相连，并且该星形点(40)藉由可控开关器(45)与该节点(53)相连。

Description

整流器组件
技术领域
本发明涉及一种整流器组件。
背景技术
EP 2 226 926 A1示出一种逆变器，该逆变器可以从分开的直流电压源藉由开关器产生不同的输出电压。
US 2014/0375121 A1示出一种具有单相的、两级的整流器的转换器。
US 2016/0315540 A1示出一种具有两个串联连接的电容器的双向AC/DC转换器，藉由这两个电容器可以在直流电压侧产生电势基准。
US 5,430,639 A示出一种具有带有扼流线圈的直流中间电路的AC/DC转换器，这些扼流线圈受开关器影响。
发明内容
本发明的目的是，提供一种新型整流器组件和一种具有这样的整流器组件的新型交通工具。
该目的通过下一段落中描述的整流器组件来实现。
一种用于将交流电压整流成直流电压的整流器组件具有第一端子、第二端子、第三端子和第四端子，该整流器组件具有带有第一线路、第二线路和节点的中间电路，该节点藉由至少一个第一电容器与该第一线路相连，并且藉由至少一个第二电容器与该第二线路相连，该第一端子、第二端子和第三端子各自藉由所属的电路组件与星形点相连，该第四端子同样与该星形点相连，并且该星形点藉由可控开关器与该节点相连。设置开关器可以选择性地实现星形点与节点之间连接或隔离，并且由此可以获得整流器组件的不同特性。
根据优选的实施方式，这些电路组件各自被设计为用于能够实现在该电路组件(一方面)与该第一线路和/或该第二线路(另一方面)之间的电流。这些电路组件可以由此为中间电路馈电。
根据优选的实施方式，该整流器组件具有控制装置，该控制装置被设计成用于影响该可控开关器。这可以实现自动化地切换该可控开关器。
根据优选的实施方式，在该整流器组件中，该控制装置被设计为用于在整个整流过程期间在所连接的供电网络处将该可控开关器切换为要么导通的、要么不导通的。只要所连接的供电网络保持不变，在整流过程期间就不需要切换该开关器。
根据优选的实施方式，在该整流器组件中，该控制装置被设计为用于产生第一值，该第一值取决于该供电网络，该供电网络连接至这些端子，并且该控制装置被设计为用于取决于该第一值来影响该可控开关器。这可以实现取决于所连接的供电网络来影响该可控开关器。
根据优选的实施方式，该控制装置被设计为用于产生该第一值，其方式为检验该第四端子是否与中性导体相连。已经被证明为有利的是，取决于是否存在中性导体来切换该可控开关器。
根据优选的实施方式，该控制装置被设计为用于测量该第四端子处的电势，并且借助于该第四端子处的电势的时间曲线来确定中性导体是否与该第四端子相连。因为在中性导体上出现比在相端子或外部导体上明显更小的电势波动，因此可以通过测量第四端子处的电势来测定是否连接有中性导体或外部导体。
根据优选的实施方式，该控制装置被设计为用于在该第四端子与中性导体相连的条件下将该可控开关器切换为导通的。这实现了在试验中降低漏电流并且提高安全性。
根据优选的实施方式，该控制装置被设计为用于在该第四端子不与中性导体相连的条件下将该可控开关器切换为不导通的。当不与中性导体相连时，在试验中该可控开关器的断开实现了降低漏电流。
根据优选的实施方式，该整流器组件具有电网滤波器，该电网滤波器能够实现漏电流。使用这种电网滤波器改善了整个电路的EMV特性，并且通过对可控开关器的适合的调节得到的优化具有积极效果。
根据优选的实施方式，该可控开关器被设计为机电开关器。这种机电开关器开启了高的绝缘效果，并且不要求快速切换。
根据优选的实施方式，该可控开关器被设计为继电器。继电器从电特性和机械特性来看都是很适合的。
该目的同样通过下一段落中描述的交通工具来实现。
一种交通工具，该交通工具被设计为电动交通工具或混合动力交通工具，该交通工具具有对应的整流器组件。交通工具中需要大功率的整流器组件，并且所描述的整流器组件尽管具有大功率，但具有相对小的漏电流。
根据优选的实施方式，该交通工具具有用于连接用于该交通工具的充电线缆的插接连接器，并且在该插接连接器处的端子与该整流器组件之间至少暂时地存在电耦合。根据优选的实施方式，该交通工具具有牵引电池，并且在该插接连接器处的端子与该牵引电池之间至少暂时地存在电耦合。在这样的设计方案中，整流器组件中的漏电流也在交通工具的外部起作用，原因在于不存在电隔离。
附图说明
本发明的其他细节和有利的改进方案得自于以下描述的和在附图中示出的、不应以任何方式理解为对本发明的限制的实施例以及得自于上述的优选的实施方式。在附图中：
图1示出整流器组件，
图2示出供电网络到图1的整流器组件的连接，
图3示出整流器组件在交通工具中的示例性使用，并且
图4示出图1的整流器组件的电路组件的一个实施例。
具体实施方式
图1示出用于将交流电压整流成直流电压的整流器组件20。整流器组件20具有第一端子21、第二端子22、第三端子23和第四端子24。整流器组件20具有中间电路50，该中间电路具有第一线路51、第二线路52和节点53。节点53籍由第一电容器61与第一线路51相连并且籍由至少一个第二电容器62与第二线路52相连。优选地，电容器61、62是用于在中间电路50中储存能量以及用于使得线路51、52上的直流电压平滑的中间电路电容器并且具有适合用于相应的应用情况的电容。在该实施例中，中间电路被设计为直流电压中间电路。第一端子21、第二端子22和第三端子23各自籍由所指配的电路组件31、32、33与星形点40相连，并且第四端子24同样与星形点40相连。星形点40藉由可控开关器45与节点53相连。优选地，整流器组件20额外地具有第五端子25，籍由该第五端子可连接供电网络的保护导体PE。在第五端子25处象征性地设有保护导体符号69，该保护导体符号可以在整流器组件20中使用并且在那里同样设有附图标记69。供电网络还可以被称为电源。
电路组件31、32、33各自被设计为用于能够实现在电路组件31、32、33(一方面)与第一线路51或第二线路52(另一方面)之间的电流。为了给电容器61、62充电，电流优选地从电路组件31、32、33流动至第一线路51，并且电流从第二线路52流动至电路组件31、32、33。这在第一线路51中引起比在第二线路52中更高的电势。如有必要也可以实现，在第二线路52上产生高于线路51上的电势。
整流器组件20具有控制装置41，该控制装置被设计为用于影响可控开关器45，即尤其将这个可控开关器切换为导通或不导通。控制装置41优选地被设计为用于在整个整流期间在预先设定的供电网络处将可控开关器45切换为要么导通、要么不导通。因此，在确定了在整流器组件20与供电网络10相连后可控开关器45应为导通还是不导通之后，对应地切换可控开关器45，并且在所设定的这种状态下进行整流，直到供电网络10与整流器组件20分离或整流过程结束。
控制装置41优选地被设计为用于产生第一值VAL1，该第一值VAL1取决于供电网络10，该供电网络连接至端子21至24，并且控制装置41被设计为用于取决于第一值VAL1来影响可控开关器45。
控制装置41优选地被设计为用于产生第一值VAL1，其方式为检验第四端子24是否与中性导体相连。
控制装置41优选地被设计为用于测量第四端子24处的电势，并且借助于第四端子24处的电势的时间曲线来确定中性导体14是否与第四端子24相连。例如当第四端子24处的电势恒定时，这说明中性导体14连接至第四端子。与此相反，当电势具有正弦形的曲线时，这说明：相，例如“分相(split phase)”类型的US网络的相HOT2，连接至第四端子24。
控制装置41优选地被设计为用于在第四端子24与中性导体相连的条件下将可控开关器45切换为导通。在存在中性导体14时，这个中性导体优选地藉由开关器45与节点53相连。
控制装置41优选地被设计为用于在第四端子24不与中性导体相连的条件下将可控开关器45切换为不导通。
第一值VAL1可以替代性地通过使用者输入而产生，其方式为：使用者预先设定将整流器组件20连接至哪个网络。
也可以藉由测量装置42来测量端子24处的电势，并且取决于电势来确定第四端子24是否与中性导体相连。
在例如用于电动交通工具或混合动力交通工具的充电基础设施的更大的总设备中，可能已存在如下电子设备，该电子设备检测哪个供电网络10与交通工具相连。在对应的认识中，这个信息可以直接被用于确定第一值VAL1。根据优选的实施方式，测量所有有源的端子21至24处的电压，以便可靠地确定所连接的供电网络。
如果针对不同的电源10使用不同的插头来将供电网络10与端子21至24连接，那么也可以藉由所使用的插头的识别信号来提供信息。
工作方式
存在不同的电源，并且整流器组件20优选地对尽可能多的数量的电源变体起作用。
图2示出例如在中欧常见的供电网络10，该供电网络被设计为具有三个相L1、L2和L3以及作为中性导体的星形点14’的TN系统，这些相在所指配的端子11、12、13处准备就绪。这三个相L1、L2、L3由交流电压源17供给，这些相各自具有120°的相差。在示出的实施方式中，中性导体(N)14’接地并且因此同样用作保护导体(PE)。这被称为PEN导体。许多其他的电源也具有中性导体，但不是所有电源都具有中性导体。在中间站18(例如，房屋或充电站)中，PEN端子14’通常被划分成中性导体端子(N)14和保护导体端子(PE)15。端子11、12、13、14、15可以与端子21、22、23、24、25相连，以便运行整流器组件20。为此，例如在交通工具中设置有插接连接器16，端子21至25籍由该插接连接器直接地或间接地与供电网络10相连。负责实际电流传导的端子21至24也被称为有源的端子21至24。
当存在这种中性导体14并且其连接至第四端子24时，有利的是，将图1的星形点40藉由开关器45与节点53相连。由此节点53设为中性导体14的电势，并且电容器61、62上的电压(该电压例如在线路51与52之间为800V)相对于中性导体N的电势保持在+/-400V。由此，在绝缘故障时，最大电压相对于中性导体N上的电势保持得相对较低，并且这提高了安全性。在中性导体14不与该节点连接的情况下，相比之下，例如第一线路51上的电压相对于中性导体可能为+600V，并且第二线路52上的电压可能为-200V。
另外的优点在于，经由电容器162和163流向保护导体PE的漏电流通过节点53与第四端子24的连接而变得更小。电容器162、163处的电流降低。
与具有中性导体的供电网络10不同，例如称为“分相(split phase)”的US供电网络具有第一相端子和第二相端子，其中第二相端子的相相对于第一相端子的相异相180°。第一相端子也被称为HOT1，并且第二相端子被称为HOT2。可以提供中性导体，但并非总是提供中性导体。经常提供保护导体PE。在没有中性导体的供电网络中，第一相端子HOT1被连接至端子21、22、23之一，或者为了降低通过电路组件31、32、33的电流而被连接至所有三个端子21、22、23，并且第二相端子HOT2可以被连接至第四端子24。因此，在第四端子24处可能不是连接有中性导体，而是连接有相端子HOT2，该相端子相对于HOT1具有180°的相差。电动交通工具的充电装置的试验表明，在星形点40藉由开关器45与节点53连接时的漏电流大于没有这种连接时的漏电流。具体地，在连接情况下或在导通的开关器45的情况下，产生为100mA的数量级的漏电流。在不导通的开关器45的情况下，漏电流相反地明显小于10mA。故障电流开关器例如具有取决于相应的供电网络10的、为10mA或3.5mA的极限值。因此有利的是，当没有中性导体连接至第四端子24时，将开关器45切换为不导通的。
在被切换为不导通的开关器45的情况下，节点53处的电势并非固定地处于由第四端子24预先设定的电势，而是该电势可以是波动的。在英语中这被称为“自由浮动(freefloating)”。
可控开关器45优选被设计为机电开关器。针对可控开关器45例如可以使用继电器。机电开关器具有以下优点：它们在导通状态下具有非常低的电阻。此外，它们在不导通状态下具有高的隔离电阻。因为可控开关器45在充电过程期间通常不改变其状态，也不需要快速的切换时间。
图3示意性地示出交通工具19，在该交通工具中设置有图1的整流器组件20。第一线路51和第二线路52与直流电压转换器(DC/DC转换器)55相连，以便从中间电路50给该直流电压转换器供应能量。直流电压转换器55例如被设计为Buck转换器。
直流电压转换器55的输出端示例性地设置有线路56、57和EMV滤波器63。EMV滤波器63具有连接在线路56、57之间的X电容器161、在线路57与端子25(保护导体PE)之间的Y电容器162、以及在线路56与端子25之间的Y电容器163。随后，线路56、57各自籍由电感器164或165与线路156或157相连。随后设置有连接在线路156、157之间的X电容器166、在线路157与端子25(保护导体PE)之间的Y电容器167；以及在线路156与端子25之间的Y电容器168。EMV滤波器63还可以被设计为是多级的。
Y电容器用于降低干扰电压，这些干扰电压相对于保护导体端子25处的电势而出现。这些Y电容器通常具有比图1的电容器61、62更小的电容。通过使漏电流在保护导体端子25与线路56或57之间流动来实现降低干扰电压。X电容器用于缓冲端子56和57之间的推挽干扰电压
Figure BDA0002410823180000071
籍由EMV滤波器63产生来自保护导体PE或流向保护导体PE的漏电流。
线路156、157与用电器58相连，尤其与用于具有电驱动器的交通工具的交通工具电池(牵引电池)相连，或例如与加热装置相连。在该实施例中，在交通工具19的所展示的部分中没有提供变压器。通常，具有用于牵引电池的充电装置的交通工具具有变压器，并且该变压器导致外部电网与被设置在变压器的在交通工具内侧的部件之间的电隔离。这导致的结果是：在变压器的在交通工具内侧的漏电流对变压器的交通工具外侧不具有任何影响。因此，通过这种漏电流不可以导致电网熔断器的触发。相比之下，在示出的实施例中，不存在变压器和电隔离，并且因此有利的是通过对应地切换开关器45来降低漏电流。
图4示例性地示出电路组件31的实施方式，该电路组件可以以相同的实施方式用于电路组件32、33。电路组件是根据Vienna整流器的方式设计的。
第一端子21藉由线圈101与节点102相连。节点102籍由二极管103与点104相连，并且点104籍由二极管105与第一线路51相连。节点102籍由二极管106与点107相连，并且点107籍由二极管108与第二线路52相连。在点107与104之间设置有开关器110。在该实施例中，开关器110被设计为MOSFET，但例如也可以是其他电子开关器(例如IGBT)。点107籍由二极管112与点113相连，并且点113籍由二极管111与点104相连。点113与星形点40相连。二极管103、105、106、108、111、112的阴极各自朝向第一线路51的一侧连接，并且阳极各自朝向第二线路52的一侧连接。Vienna整流器的工作方式例如在EP 0 660 498A2中描述。
电路组件31、32、33的另外可能的实施方式例如是图腾柱(Totem-Pole)电路，从而使得整流器组件作为图腾柱整流器而工作。
当然，在本发明范围内可以有各种各样的变化和修改。
在真实的实施方式中，优选地存在其他部件，例如EMV滤波器、功率因数调节器，和/或绝缘监测器电路。

Claims (14)

1.一种用于将交流电压整流成直流电压的整流器组件(20)，该整流器组件(20)具有第一端子(21)、第二端子(22)、第三端子(23)和第四端子(24)，该整流器组件(20)具有带有第一线路(51)、第二线路(52)和节点(53)的中间电路(50)，该节点(53)藉由至少一个第一电容器(61)与该第一线路(51)相连，并且藉由至少一个第二电容器(62)与该第二线路(52)相连，该第一端子(21)、第二端子(22)和第三端子(23)各自藉由所属的电路组件(31，32，33)与星形点(40)相连，该第四端子(24)同样与该星形点(40)相连，并且该星形点(40)藉由可控开关器(45)与该节点(53)相连。
2.根据权利要求1所述的整流器组件(20)，其中这些电路组件(31，32，33)各自被设计为用于能够实现在一方面该电路组件(31，32，33)与另一方面该第一线路(51)和/或该第二线路(52)之间的电流。
3.根据权利要求1或2所述的整流器组件(20)，该整流器组件具有控制装置(41)，该控制装置(41)被设计成用于影响该可控开关器(45)。
4.根据权利要求3所述的整流器组件(20)，其中该控制装置(41)被设计为用于在整个整流过程期间在所连接的供电网络(10)处将该可控开关器(45)切换为要么导通、要么不导通。
5.根据权利要求3或4所述的整流器组件(20)，其中该控制装置(41)被设计为用于产生第一值(VAL1)，该第一值(VAL1)取决于该供电网络(10)，该供电网络连接至这些端子(21至24)，并且该控制装置(41)被设计为用于取决于该第一值(VAL1)来影响该可控开关器(45)。
6.根据权利要求5所述的整流器组件(20)，其中该控制装置(41)被设计为用于产生该第一值(VAL1)，其方式为检验该第四端子(24)是否与中性导体相连。
7.根据权利要求5或6所述的整流器组件(20)，其中该控制装置(41)被设计为用于测量该第四端子(24)处的电势，并且借助于该第四端子(24)处的电势的时间曲线来确定中性导体(14)是否与该第四端子(24)相连。
8.根据权利要求3至7之一所述的整流器组件(20)，其中该控制装置(41)被设计为用于在该第四端子(24)与中性导体(14)相连的条件下将该可控开关器(45)切换为导通。
9.根据权利要求3至8之一所述的整流器组件(20)，其中该控制装置(41)被设计为用于在该第四端子(24)不与中性导体(14)相连的条件下将该可控开关器(45)切换为不导通。
10.根据前述权利要求之一所述的整流器组件(20)，该整流器组件具有电网滤波器(63)，该电网滤波器(63)能够实现漏电流。
11.根据前述权利要求之一所述的整流器组件(20)，其中该可控开关器(45)被设计为机电开关器。
12.根据前述权利要求之一所述的整流器组件(20)，其中该可控开关器(45)被设计为继电器。
13.一种交通工具(19)，该交通工具被设计为电动交通工具或混合动力交通工具，并且该交通工具具有根据前述权利要求之一所述的整流器组件(20)。
14.根据权利要求13所述的交通工具(19)，该交通工具具有用于连接用于该交通工具(19)的充电线缆的插接连接器(16)，并且其中在该插接连接器(16)处的端子(21至25)与该整流器组件(20)之间至少暂时地存在电耦合。
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