CN115528929A - 单相与三相兼容的交流直流转换电路及其放电控制方法 - Google Patents

单相与三相兼容的交流直流转换电路及其放电控制方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115528929A
CN115528929A CN202110710260.8A CN202110710260A CN115528929A CN 115528929 A CN115528929 A CN 115528929A CN 202110710260 A CN202110710260 A CN 202110710260A CN 115528929 A CN115528929 A CN 115528929A
Authority
CN
China
Prior art keywords
switch
switching element
phase
coupled
bridge arm
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202110710260.8A
Other languages
English (en)
Inventor
李政德
庄志远
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Delta Electronics Inc
Original Assignee
Delta Electronics Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Delta Electronics Inc filed Critical Delta Electronics Inc
Priority to CN202110710260.8A priority Critical patent/CN115528929A/zh
Priority to US17/570,065 priority patent/US11569754B2/en
Publication of CN115528929A publication Critical patent/CN115528929A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/2173—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a biphase or polyphase circuit arrangement
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/10—Arrangements incorporating converting means for enabling loads to be operated at will from different kinds of power supplies, e.g. from ac or dc
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/00712—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters
    • H02J7/007182—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage
    • H02J7/007186—Regulation of charging or discharging current or voltage the cycle being controlled or terminated in response to electric parameters in response to battery voltage obtained with the battery disconnected from the charge or discharge circuit
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/32—Means for protecting converters other than automatic disconnection
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/36—Means for starting or stopping converters
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/05—Capacitor coupled rectifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00—Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/12—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode
    • H02M7/21—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal
    • H02M7/217—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
    • H02M7/219—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration
    • H02M7/2195—Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode using devices of a triode or transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only in a bridge configuration the switches being synchronously commutated at the same frequency of the AC input voltage
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
    • H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
    • H02M1/4233—Arrangements for improving power factor of AC input using a bridge converter comprising active switches
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/7072—Electromobility specific charging systems or methods for batteries, ultracapacitors, supercapacitors or double-layer capacitors
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02T90/10—Technologies relating to charging of electric vehicles
    • Y02T90/14—Plug-in electric vehicles

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

一种单相与三相兼容的交流直流转换电路，配置于交流侧与直流侧之间。交流侧具有三相电源，交流直流转换电路包含：第一切换元件、第二切换元件、第三切换元件、三组开关桥臂、第四切换元件、预充电电阻、电容组以及控制单元。各开关桥臂包含串联的上开关与下开关。第四切换元件耦接于三相电源的第一相与对应三相电源的第二相的开关桥臂的共接点之间。控制单元控制第四切换元件导通、控制耦接第一切换元件的开关桥臂的上开关导通、以及控制耦接第四切换元件的开关桥臂的下开关导通以提供放电路径，使电容组通过放电路径上的预充电电阻放电。本发明还涉及一种单相与三相兼容的交流直流转换电路的充放电控制方法。

Description

单相与三相兼容的交流直流转换电路及其放电控制方法
技术领域
本发明有关一种交流直流转换电路与其放电控制方法，特别涉及一种单相与三相兼容的交流直流转换电路与其放电控制方法。
背景技术
为因应全球环境变迁，世界各国逐渐重视绿能环保的观念。随着近年来电动化与智能化科技的蓬勃发展，各车厂亦开始积极发展电动车(electric vehicle,EV)，以降低碳排放。对于电动车而言，车载充电器(on-board charger)为其核心，主要负责对高压电池传递充电能量。此外，因为随着电动车的不断发展，电池续航里程在不断增加，同时对充电功率的要求也在提升，由原来的单相充电器逐渐向三相充电器发展，考虑用户可能遇到不同的充电条件，具有单相、三相相(兼)容功能的车载充电器将为用户带来更多的便利。
然而，需注意的是，当车载充电器停止充电的运行时，其内部电路的电容仍存在能量，基于考量到使用人员与维修技师的操作安全性，需要提供一放电路径，才能释放此能量。一般而言，其能量释能的方法可分为被动式放电(passive discharging)与主动式放电(active discharging)两种技术。
前者(被动式放电)可利用车载充电器内部电路的假负载(dummy load)进行自然放电，然而，其放电时间将会相当漫长。后者(主动式放电)可利用额外并接电路搭配功率开关切换以释放电容能量，如此一来，可得到最短的放电时间。然而，采用主动式放电的方式则因为需要额外增加的电路，因此将提高电路成本并且增加电路控制的复杂度。
为此，如何设计出一种单相与三相兼容的交流直流转换电路及其放电控制方法，解决现有技术所存在的问题与技术瓶颈，乃为本公开发明人所研究的重要课题。
发明内容
本发明的一目的在于提供一种具有放电控制的单相与三相兼容的交流直流转换电路，解决现有技术的问题。
为实现前揭目的，本发明所提出的具有放电控制的单相与三相兼容的交流直流转换电路，配置于交流侧与直流侧之间，交流侧具有三相电源。具有放电控制的交流直流转换电路包含第一切换元件、第二切换元件、第三切换元件、开关桥臂组、第四切换元件、预充电电阻、电容组以及控制单元。开关桥臂组包含三组开关桥臂。各开关桥臂包含串联的上开关与下开关；上开关与对应下开关的复数共接点分别通过第一切换元件、第二切换元件以及第三切换元件耦接三相电源。第四切换元件耦接于三相电源的第一相与对应三相电源的第二相的开关桥臂的共接点之间。预充电电阻并联耦接第一切换元件。电容组并联耦接开关桥臂组，以形成直流侧。控制单元控制第四切换元件导通、控制耦接第一切换元件的开关桥臂的上开关导通、以及控制耦接第四切换元件的开关桥臂的下开关导通以提供放电路径，使电容组通过放电路径上的预充电电阻放电。
通过所提出的具有放电控制的单相与三相兼容的交流直流转换电路，可完成单相与三相兼容充电，且不需要额外增加电路元件，即可实现主动式放电的功能，此外，为预防功率开关元件瞬间导通所产生的大电流对自身元件以及预充电电阻造成损坏，因此导入切换式技术进行改良，以控制脉冲宽度调制适时最佳化，调整功率开关元件的责任周期，不仅能够有效地降低功率开关元件电流应力，亦能够提高功率开关元件耐受度与系统可靠度。
本发明的另一目的在于提供一种单相与三相兼容的交流直流转换电路的充放电控制方法，解决现有技术的问题。
为实现前揭目的，本发明所提出的单相与三相兼容的交流直流转换电路的充放电控制方法，其中，交流直流转换电路接收交流电源；交流直流转换电路包含：三组开关桥臂、第四切换元件、预充电电阻以及电容组；各开关桥臂包含串联的上开关与下开关；上开关与对应下开关的复数共接点分别通过第一切换元件、第二切换元件以及第三切换元件耦接三相电源；第四切换元件耦接于三相电源的第一相与对应三相电源的第二相的开关桥臂的共接点之间；预充电电阻并联耦接第一切换元件；电容组并联耦接各开关桥臂。放电控制方法包含：(a)、交流电源以单相或三相的方式对电容组充电；(b)、当判断电容组欲进行放电时，控制第四切换元件导通；(c)、控制耦接第一切换元件的开关桥臂的上开关导通、控制耦接第四切换元件的开关桥臂的下开关导通以提供放电路径；以及(d)、电容组通过放电路径上的预充电电阻放电。
通过所提出的单相与三相兼容的交流直流转换电路的充放电控制方法，可完成单相与三相兼容充电，且不需要额外增加电路元件，即可实现主动式放电的功能，此外，为预防功率开关元件瞬间导通所产生的大电流对自身元件以及预充电电阻造成损坏，因此导入切换式技术进行改良，以控制脉冲宽度调制适时最佳化，调整功率开关元件的责任周期，不仅能够有效地降低功率开关元件电流应力，亦能够提高功率开关元件耐受度与系统可靠度。
为了能更进一步了解本发明为实现预定目的所采取的技术、手段及技术效果，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，相信本发明的目的、特征与特点，当可由此得一深入且具体的了解，然而附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制者。
附图说明
图1：为本发明单相与三相兼容的交流直流转换电路的电路图。
图2：为本发明单相与三相兼容的交流直流转换电路为单相充电操作时的切换元件状态的电路图。
图3：为本发明单相与三相兼容的交流直流转换电路为三相充电操作时的切换元件状态的电路图。
图4：为本发明单相与三相兼容的交流直流转换电路为放电操作时的切换元件状态的电路图。
图5：为本发明单相与三相兼容的交流直流转换电路为放电操作时的电流路径的电路图。
图6：为本发明单相与三相兼容的交流直流转换电路的放电控制方法的流程图。
附图标记说明：
SAC：交流侧
SDC：直流侧
VL1N：第一相电压
VL2N：第二相电压
VL3N：第三相电压
NAC1：第一交流节点
NAC2：第二交流节点
NAC3：第三交流节点
N：中性节点
10：开关桥臂组
20：二极管桥臂
30：电容组
40：控制单元
11：第一开关桥臂
12：第二开关桥臂
13：第三开关桥臂
Q1：第一开关
Q2：第二开关
Q3：第三开关
Q4：第四开关
Q5：第五开关
Q6：第六开关
D1：第一二极管
D2：第二二极管
C1：第一电容
C2：第二电容
N1：第一节点
N2：第二节点
N3：第三节点
N4：第四节点
N5：第五节点
RL1：第一切换元件
RL2：第二切换元件
RL3：第三切换元件
RL4：第四切换元件
RL5：第五切换元件
RL6：第六切换元件
RL7：第七切换元件
RL8：第八切换元件
R1：预充电电阻
L1：第一相电感
L2：第二相电感
L3：第三相电感
SCON：控制信号
具体实施方式
兹有关本发明的技术内容及详细说明，配合附图说明如下。
请参见图1所示，其为本发明单相与三相兼容的交流直流转换电路的电路图。所述交流直流转换电路配置于交流侧SAC与直流侧SDC之间。其中，交流侧SAC是以提供一交流电源，例如三相交流电源或单相交流电源，容后详述。因此，本发明单相与三相兼容的交流直流转换电路为一种单相与三相相(兼)容的交流直流转换电路。此外，在不同的实施例中，以单相和三相相(兼)容的交流直流转换电路可为双向电路架构为优选的实施方式，但本发明并不以此为限。
由于交流侧SAC可提供三相交流电源与单相交流电源，因此交流侧SAC具有第一交流节点NAC1、第二交流节点NAC2、第三交流节点NAC3以及中性节点N。以三相电源为例，三相电源的第一相电压VL1N配置于第一交流节点NAC1与中性节点N之间，三相电源的第二相电压VL2N配置于第二交流节点NAC2与中性节点N之间，以及三相电源的第三相电压VL3N配置于第三交流节点NAC3与中性节点N之间。
单相与三相兼容的交流直流转换电路包含开关桥臂组10、第四切换元件RL4、第五切换元件RL5、预充电电阻R1、二极管桥臂20、电容组30以及控制单元40。
开关桥臂组10包含三组并联的开关桥臂，分别为第一开关桥臂11、第二开关桥臂12以及第三开关桥臂13。第一开关桥臂11包含共接于第一节点N1的第一开关Q1与第二开关Q2，且第一节点N1通过第一切换元件RL1耦接第一交流节点NAC1。当第一切换元件RL1导通时，第一节点N1可通过第一相电感L1耦接至第一相电压VL1N。第二开关桥臂12包含共接于第二节点N2的第三开关Q3与第四开关Q4，且第二节点N2通过第二切换元件RL2耦接第二交流节点NAC2。当第二切换元件RL2导通时，第二节点N2可通过第二相电感L2耦接至第二相电压VL2N。第三开关桥臂13包含共接于第三节点N3的第五开关Q5与第六开关Q6，且第三节点N3通过第三切换元件RL3耦接第三交流节点NAC3。当第三切换元件RL3导通时，第三节点N3可通过第三相电感L3耦接至第三相电压VL3N。
第四切换元件RL4耦接于第一交流节点NAC1与第二节点N2之间，亦即，当第四切换元件RL4导通时，其搭接(跨接)于三相电源中的第一相回路与第二相回路之间。第五切换元件RL5耦接于第一交流节点NAC1与第三节点N3之间，亦即，当第五切换元件RL5导通时，其是搭接(跨接)于三相电源中的第一相回路与第三相回路之间。上述切换元件可以使用继电器来实现。
预充电电阻R1并联耦接第一切换元件RL1。当电动载具(例如电动汽车)在充电过程中，交流直流转换电路扮演将交流侧SAC的三相或单相交流电源转换为在直流侧SDC输出的直流电源供电动载具充电之用。因此，预充电电阻R1在充电操作过程的一开始，例如使用者对电动汽车开始充电时，提供对大电流，例如涌入(涌浪)电流(inrush current)的抑制。本发明对于结束充电后的高电压累积在直流侧SDC的电容所存储能量进行放电，则利用预充电电阻R1作为提供放电路径的元件，因此所述预充电电阻R1在放电过程中是扮演放电电阻的效用，即在放电的操作中，不增设额外的电路元件，以预充电(pre-charge)过程中既有的电路架构，来实现对电容的存储能量进行放电。至于预充电电阻R1操作的详述，容后说明。
二极管桥臂20并联耦接开关桥臂组10。在本实施例中，二极管桥臂20包含第一二极管D1与串联耦接第一二极管D1于第四节点N4的第二二极管D2。在不同耐流的应用中，二极管桥臂20的每个二极管亦可使用多个二极管并联，因此不以图1所示的二极管桥臂20为限制。
电容组30并联耦接二极管桥臂20，以形成直流侧SDC。在本实施例中，电容组30包含第一电容C1与串联耦接第一电容C1于第五节点N5的第二电容C2。在电动载具充电的应用，电容组30是用以将交流直流转换电路对三相或单相交流电源转换所得到的直流电源存储，使直流侧SDC输出的直流电源供下一级转换电路使用，以对电动载具的电池充电之用。
控制单元40是提供控制信号SCON。由于开关桥臂11,12,13的开关Q1～Q6以及切换元件RL1～RL8的导通与断开皆由控制单元40所控制，因此，所示的控制信号SCON是包含复数个分别对应控制开关Q1～Q6与切换元件RL1～RL8的信号，合先叙明。
此外，单相与三相兼容的交流直流转换电路还包含第六切换元件RL6与第七切换元件RL7。其中，第六切换元件RL6的一端耦接二极管桥臂20，另一端与第七切换元件RL7耦接于中性节点N。因应本发明为单相与三相相(兼)容的交流直流转换电路，因此第六切换元件RL6与第七切换元件RL7用以对应单相与三相供电时的控制之用，亦即，当交流侧SAC为单相交流电源供电，则控制第六切换元件RL6导通(可参见图2所示)，又或当交流侧SAC为三相交流电源供电，则控制第七切换元件RL7导通(可参见图3所示)，容后详述。
此外，单相与三相兼容的交流直流转换电路还包含第八切换元件RL8。其中，第八切换元件RL8串联耦接预充电电阻R1，形成串联结构，且串联结构并联耦接第一切换元件RL1。通过设置第八切换元件RL8，可进一步达到确实切离预充电电阻R1的目的，然而，第八切换元件RL8亦可省略。
本发明的技术特色在于通过所提出的交流直流转换电路与控制方法，可完成单相与三相兼容充电，且不需要额外增加电路元件，仅使用车载充电器内部电路功率开关元件搭配预充电电阻R1，即可实现主动式放电的功能，此外，为预防功率开关元件瞬间导通所产生的大电流对自身元件以及预充电电阻R1造成损坏，因此导入切换式技术(switchingtechnique)进行改良，以控制脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)适时最佳化，调整功率开关元件的责任周期(duty cycle)，即导通与截止时间的比例，如此不仅能够有效地降低功率开关元件电流应力，亦能够提高功率开关元件耐受度与系统可靠度。
车载充电器运行时，依据充电桩输入端条件可划分为单相、三相电路操作。请参见图2所示，其为本发明单相与三相兼容的交流直流转换电路为单相充电操作时的切换元件状态的电路图。当交流输入为单相电压情况时，交流输入仅会有两个端子，举例来说，以第一相电压VL1N为供电电压为例，第一切换元件RL1、第四切换元件RL4、第五切换元件RL5以及第六切换元件RL6转换为导通(turned-on)状态(其余切换元件为断开(turned-off)状态)，如此，使得仅第一相电压VL1N通过交流直流转换电路，开关桥臂组10的每一个开关桥臂与二极管桥臂20形成图腾式功率因数校正(totem pole PFC)电路，实现能量传递的功能。因此，虽然交流输入为单相电压，但通过第四切换元件RL4和第五切换元件RL5的导通，可使用开关桥臂组10的三组并联的开关桥臂(即第一开关桥臂11、第二开关桥臂12以及第三开关桥臂13)共同耦接第一相电压VL1N，三组并联的开关桥臂皆参与脉冲宽度调制控制的操作，而并联的桥臂还可以进一步使用错相控制(interleaved Control)。因此，避免桥臂闲置而可以提高输出功率。值得一提，第五切换元件RL5可视实际功率需求而省略，换句话说，第三开关桥臂13可以不用参与操作。
请参见图3所示，其为本发明单相与三相兼容的交流直流转换电路为三相充电操作时的切换元件状态的电路图。当交流输入为三相电压情况时，第一切换元件RL1、第二切换元件RL2、第三切换元件RL3、以及第七切换元件RL7转换为导通状态(其余切换元件为断开状态)，如此，第一相电压VL1N、第二相电压VL2N、第三相电压VL3N均通过交流直流转换电路，开关桥臂组10与电容组30形成半桥式功率因数校正(half bridge PFC)电路拓扑运行，实现能量传递的功能。
无论交流输入是单相、三相的电路操作，在车载充电器停止充电的运行时，功率电容(即电容组30的第一电容C1与第二电容C2)内仍存有能量。基于考量到使用人员与维修技师的操作安全性，仍需要提供一放电路径，才能释放此能量。因此，承如前述记载，利用原本车载充电器内部电路功率开关元件搭配预充电电阻R1以实现主动式放电的功能，依以下步骤说明放电操作的技术方案。
首先，当车载充电器停止充电的运行时，此时第一相电压VL1N、第二相电压VL2N、第三相电压VL3N为空接情况，且所有切换元件返回至断开状态，如图1所示。
然后，为建立功率电容(第一电容C1与第二电容C2)的能量释放路径，使第八切换元件RL8与第四切换元件RL4转换至导通状态，并等待启动放电操作。如图4所示，其为本发明单相与三相兼容的交流直流转换电路为放电操作时的切换元件状态的电路图。
然后，启动放电操作，如图5所示，其为本发明单相与三相兼容的交流直流转换电路为放电操作时的电流路径的电路图。此时，第八切换元件RL8与第四切换元件RL4维持导通状态，且第一开关桥臂11的第一开关Q1与第二开关桥臂12的第四开关Q4转换为导通状态。进一步地，可通过脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)适时改变/调整功率开关元件的责任周期(duty cycle)，即可使功率电容(第一电容C1与第二电容C2)对预充电电阻R1进行放电。其中，放电路径如图5示出的箭头方向所示，亦即，电容组30进行放电的放电路径控制是由控制单元40控制第四切换元件RL4、第八切换元件RL8、第一开关Q1以及第四开关Q4导通所实现，因此由电容组30放电的路径会经由第一开关Q1、第八切换元件RL8、预充电电阻R1、第四切换元件RL4以及第四开关Q4。其中，第八切换元件RL8也可以省略并以短路替代，因此放电路径则不包含第八切换元件RL8。通过责任周期比例与开关的切换频率(switchingfrequency)的控制，皆会直接影响放电电流的大小，因此，可通过对责任周期比例与开关的切换频率的控制，达到对放电电流的抑制。
最后，当功率电容(第一电容C1与第二电容C2)的电压放电至安全电压值域(或称安全工作区，safe operating area(SOA))时，结束主动式开关调制策略。因此，第一开关Q1与第四开关Q4维持断开状态，并且所有切换元件(包括第八切换元件RL8与第四切换元件RL4)转换为断开状态，因此整个电路的开关、切换元件状态，则如图1所示，功率电容的电压缓慢持续放电。
附带一提，前揭交流直流转换电路仅为一种实施方式，并非每一个元件都必须存在，因为电源转换电路是可以有不同实施方式的。以图1为例说明，当单相操作不需要太大的功率应用时，第五切换元件RL5可以省略。或者，二极管桥臂20、第六切换元件RL6及第七切换元件RL7也可以省略，第五节点N5直接连接中性节点N，使单相操作与三相操作皆使用半桥式功率因数校正电路拓扑运行，其中，单相操作将交流相连接两个桥臂，而三相操作将每一相连接对应的桥臂。因此，本发明主要构思是利用切换元件实现兼容单相和三相交流输入的充电操作，且于充电结束后，利用桥臂的开关、切换元件和预充电电阻形成放电回路对电容放电，只要能达到此目的，并不限制仅能使用前揭交流直流转换电路。
请参见图6所示，其为本发明单相与三相兼容的交流直流转换电路的放电控制方法的流程图。本发明所公开的一种单相与三相兼容的交流直流转换电路的充放电控制方法，交流直流转换电路接收交流电源。交流直流转换电路包含：三组开关桥臂、第四切换元件、预充电电阻以及电容组。各开关桥臂包含串联的上开关与下开关。该等上开关与对应该等下开关的复数共接点分别通过第一切换元件、第二切换元件以及第三切换元件耦接交流电源。第四切换元件耦接于交流电源的第一相与对应交流电源的第二相的开关桥臂的共接点之间。预充电电阻并联耦接第一切换元件。电容组并联耦接各开关桥臂。
放电控制方法包含步骤如下。首先，交流电源以单相或三相的方式对电容组充电(S11)。然后，当判断电容组欲进行放电时，控制第四切换元件导通(S12)。然后，控制耦接第一切换元件的开关桥臂的上开关导通、控制耦接第四切换元件的开关桥臂的下开关导通以提供放电路径(S13)。然后，电容组通过放电路径上的预充电电阻放电(S14)。
附带一提，本发明所提供的放电控制方法，可相对应前揭单相与三相兼容的交流直流转换电路的操作，因此，控制方法的具体与细节可参见相应的说明书内容，在此不再多加赘述。
综上所述，本发明是具有以下的特征与优点：
1、利用充电操作既有的预充电电路架构，仅使用原本功率开关元件搭配预充电电阻R1，即可实现主动式放电的功能，因此无需增加额外元件，如此可节省电路成本与缩减电路尺寸。
2、车载充电器内部电路功率开关元件搭配预充电电阻R1，可快速地将功率电容(第一电容C1与第二电容C2)的电压放电至安全电压值域，以提高使用人员与维修技师的操作安全性。
3、为预防功率开关元件瞬间导通所产生的大电流对自身元件以及预充电电阻造成损坏，因此导入切换式技术进行改良，以控制脉冲宽度调制(pulse width modulation,PWM)适时最佳化，调整功率开关元件的责任周期(duty cycle)，即导通与截止时间的比例，如此不仅能够有效地降低功率开关元件电流应力，亦能够提高功率开关元件耐受度与系统可靠度。
以上所述，仅为本发明优选具体实施例的详细说明与附图，而本发明的特征并不局限于此，并非用以限制本发明，本发明的所有范围应以权利要求为准，凡合于本发明权利要求的构思与其类似变化的实施例，皆应包含于本发明的范围中，任何本领域技术人员在本发明的领域内，可轻易思及的变化或修饰皆可涵盖在本公开的权利要求。

Claims (14)

1.一种单相与三相兼容的交流直流转换电路，配置于一交流侧与一直流侧之间，该交流侧具有一三相电源，该交流直流转换电路包含：
一第一切换元件、一第二切换元件以及一第三切换元件；
一开关桥臂组，包含：
三组开关桥臂，各该开关桥臂包含串联的一上开关与一下开关；
该等上开关与对应该等下开关的复数共接点分别通过该第一切换元件、该第二切换元件以及该第三切换元件耦接该三相电源；
一第四切换元件，耦接于该三相电源的一第一相与对应该三相电源的一第二相的该开关桥臂的该共接点之间；
一预充电电阻，并联耦接该第一切换元件；
一电容组，并联耦接该开关桥臂组，以形成该直流侧；及
一控制单元，控制该第四切换元件导通、控制耦接该第一切换元件的该开关桥臂的该上开关导通、以及控制耦接该第四切换元件的该开关桥臂的该下开关导通以提供一放电路径，使该电容组通过该放电路径上的该预充电电阻放电。
2.如权利要求1所述的单相与三相兼容的交流直流转换电路，还包含：
一第五切换元件，耦接于该三相电源的该第一相与对应该三相电源的一第三相的该开关桥臂的该共接点之间。
3.如权利要求1所述的单相与三相兼容的交流直流转换电路，还包含：
一二极管桥臂，并联耦接该开关桥臂组；
一第六切换元件，耦接该二极管桥臂；及
一第七切换元件，耦接该第六切换元件与该三相电源的一中性节点。
4.如权利要求1所述的单相与三相兼容的交流直流转换电路，还包含：
一第八切换元件，串联耦接该预充电电阻，形成一串联结构，且该串联结构并联耦接该第一切换元件。
5.如权利要求1所述的单相与三相兼容的交流直流转换电路，其中该等开关桥臂包含：
一第一开关桥臂，包含耦接该第一切换元件的一第一开关与一第二开关；
一第二开关桥臂，包含耦接该第二切换元件的一第三开关与一第四开关；以及
一第三开关桥臂，包含耦接该第三切换元件的一第五开关与一第六开关；
其中该控制单元控制该第四切换元件导通、控制该第一开关与该第四开关导通，使该电容组通过该预充电电阻放电。
6.如权利要求4所述的单相与三相兼容的交流直流转换电路，其中该等开关桥臂包含：
一第一开关桥臂，包含耦接该第一切换元件的一第一开关与一第二开关；
一第二开关桥臂，包含耦接该第二切换元件的一第三开关与一第四开关；以及
一第三开关桥臂，包含耦接该第三切换元件的一第五开关与一第六开关；
其中该控制单元控制该第四切换元件与该第八切换元件导通、控制该第一开关与该第四开关导通，使该电容组通过该预充电电阻放电。
7.如权利要求1所述的单相与三相兼容的交流直流转换电路，其中该等开关桥臂包含：
一第一开关桥臂，包含耦接该第一切换元件的一第一开关与一第二开关；
一第二开关桥臂，包含耦接该第二切换元件的一第三开关与一第四开关；以及
一第三开关桥臂，包含耦接该第三切换元件的一第五开关与一第六开关；
其中该控制单元控制该第一切换元件与该第四切换元件导通、控制该第一开关桥臂与该第二开关桥臂动作，使该三相电源的该第一相对该电容组充电。
8.如权利要求2所述的单相与三相兼容的交流直流转换电路，其中该等开关桥臂包含：
一第一开关桥臂，包含耦接该第一切换元件的一第一开关与一第二开关；
一第二开关桥臂，包含耦接该第二切换元件的一第三开关与一第四开关；以及
一第三开关桥臂，包含耦接该第三切换元件的一第五开关与一第六开关；
其中该控制单元控制该第一切换元件、该第四切换元件以及该第五切换元件导通、控制该第一开关桥臂、该第二开关桥臂以及该第三开关桥臂动作，使该三相电源的该第一相对该电容组充电。
9.如权利要求1所述的单相与三相兼容的交流直流转换电路，其中该等开关桥臂包含：
一第一开关桥臂，包含耦接该第一切换元件的一第一开关与一第二开关；
一第二开关桥臂，包含耦接该第二切换元件的一第三开关与一第四开关；以及
一第三开关桥臂，包含耦接该第三切换元件的一第五开关与一第六开关；
其中该控制单元控制该第一切换元件、该第二切换元件以及该第三切换元件导通、控制该第一开关、该第二开关、该第三开关、该第四开关、该第五开关以及该第六开关动作，使该三相电源对该电容组充电。
10.一种单相与三相兼容的交流直流转换电路的充放电控制方法，交流直流转换电路接收一交流电源；该交流直流转换电路包含：三组开关桥臂、一第四切换元件、一预充电电阻以及电容组；各该开关桥臂包含串联的一上开关与一下开关；该等上开关与对应该等下开关的复数共接点分别通过一第一切换元件、一第二切换元件以及一第三切换元件耦接该交流电源；该第四切换元件耦接于该交流电源的一第一相与对应该交流电源的一第二相的该开关桥臂的该共接点之间；该预充电电阻并联耦接该第一切换元件；该电容组并联耦接各该开关桥臂；该放电控制方法包含：
(a)、该交流电源以单相或三相的方式对该电容组充电；
(b)、当判断该电容组欲进行放电时，控制该第四切换元件导通；
(c)、控制耦接该第一切换元件的该开关桥臂的该上开关导通、控制耦接该第四切换元件的该开关桥臂的该下开关导通以提供一放电路径；以及
(d)、该电容组通过该放电路径上的该预充电电阻放电。
11.如权利要求10所述的充放电控制方法，其中该交流直流转换电路还包含一第八切换元件，串联耦接该预充电电阻，形成一串联结构，且该串联结构并联耦接该第一切换元件；
其中在步骤(b)中，还包含控制该第八切换元件导通。
12.如权利要求10所述的充放电控制方法，其中在步骤(a)中，控制该第一切换元件、该第二切换元件以及该第三切换元件导通、控制相应的该上开关与该下开关动作，使该交流电源以三相的方式对该电容组充电。
13.如权利要求10所述的充放电控制方法，其中在步骤(a)中，控制该第一切换元件与该第四切换元件导通、控制相应的该上开关与该下开关动作，使该交流电源的一相对该电容组充电。
14.如权利要求10所述的充放电控制方法，其中该交流直流转换电路还包含一第五切换元件；在步骤(a)中，控制该第一切换元件、该第四切换元件以及该第五切换元件导通，使该三组开关桥臂共同耦接该交流电源的一相，以对该电容组充电。
CN202110710260.8A 2021-06-25 2021-06-25 单相与三相兼容的交流直流转换电路及其放电控制方法 Pending CN115528929A (zh)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110710260.8A CN115528929A (zh) 2021-06-25 2021-06-25 单相与三相兼容的交流直流转换电路及其放电控制方法
US17/570,065 US11569754B2 (en) 2021-06-25 2022-01-06 Single-phase and three-phase compatible AC-DC conversion circuit and method of controlling charge and discharge thereof

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110710260.8A CN115528929A (zh) 2021-06-25 2021-06-25 单相与三相兼容的交流直流转换电路及其放电控制方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN115528929A true CN115528929A (zh) 2022-12-27

Family

ID=84541673

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202110710260.8A Pending CN115528929A (zh) 2021-06-25 2021-06-25 单相与三相兼容的交流直流转换电路及其放电控制方法

Country Status (2)

Country Link
US (1) US11569754B2 (zh)
CN (1) CN115528929A (zh)

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7929323B2 (en) * 2008-09-26 2011-04-19 Rockwell Automation Technologies, Inc. Method and apparatus for pre-charging power converters and diagnosing pre-charge faults
JP6133827B2 (ja) * 2014-09-10 2017-05-24 ファナック株式会社 電磁接触器の溶着検出機能を有するモータ駆動装置
KR102486104B1 (ko) * 2018-04-03 2023-01-09 현대자동차주식회사 전기 자동차의 충전 장치
CN109861357A (zh) 2018-09-07 2019-06-07 台达电子工业股份有限公司 充放电方法与装置
US11381175B2 (en) * 2020-05-27 2022-07-05 Delta Electronics, Inc. AC-DC power conversion systems with extended voltage gain

Also Published As

Publication number Publication date
US20220416683A1 (en) 2022-12-29
US11569754B2 (en) 2023-01-31

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10358041B2 (en) Electric vehicle
CA3056637C (en) Apparatus for energy transfer using converter and method of manufacturing same
KR101971157B1 (ko) 전기자동차 대용량 탑재형 충전기
US10793015B2 (en) Charging apparatus for electric vehicle
man Dwari et al. A novel high efficiency high power interleaved coupled-inductor boost DC-DC converter for hybrid and fuel cell electric vehicle
RU2480348C2 (ru) Гибридное транспортное средство
KR101355339B1 (ko) 양방향 디시-디시 컨버터 제어 장치 및 그 제어 방법
KR101865246B1 (ko) 전기자동차용 충방전 장치
JP6944058B2 (ja) Ｄｃ／ｄｃコンバータを備える車両充電器
CN112224057B (zh) 一种车辆及其能量转换装置与动力系统
KR20210084758A (ko) 차량용 배터리 시스템 및 그것의 동작 방법
CN112703654B (zh) 用于车辆侧电蓄能器的充电电路
Kurm et al. Novel dual active bridge based multi port converter for interfacing hybrid energy storage systems in electric vehicles
CN111315614B (zh) 包括dc/dc转换器的车辆充电器
CN116811599A (zh) 基于电机控制器及电机的降压升压系统及新能源车辆
CN115528929A (zh) 单相与三相兼容的交流直流转换电路及其放电控制方法
CN212063594U (zh) 一种用于插电式电动汽车的单相车载电池充电器
TWI776564B (zh) 單相與三相兼容的交流直流轉換電路及其放電控制方法
EP3681030B1 (en) Power conversion device
US20230143719A1 (en) Vehicle Power Conversion System and Method
CN112550006B (zh) 可配置的多相充电器
CN219875184U (zh) 电机驱动电路及车辆
CN217124720U (zh) 车载充电系统和车辆
CN217984861U (zh) 电源转换器
CN117639192A (zh) 使用obc转换辅助电池电力的转换器和电力转换系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination