CN117615933A - 用于插电式电动运载工具中的充电器和dc-dc转换器 - Google Patents

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Abstract

一种用于运载工具的充电器包括：功率因数校正(PFC)级，其将AC输入电力转换成DC电力；逆变器级；以及变压器，其具有第一线圈、第二线圈和OBC线圈，每个线圈被磁耦合以在其间输送电力。OBC线圈连接至逆变器级，高压(HV)电力转换器连接至第一线圈以对连接至高压(HV)电力转换器的HV电池充电，低压(LV)电力转换器连接至第二线圈以对连接至低压(LV)电力转换器的的LV电池充电。充电器在板载充电器(OBC)模式下工作，以传输输入电力以从AC输入电力对HV电池充电。充电器还在DC‑DC模式下工作，以将电力从HV电池传输至LV电池，并且在无线电力传输(WPT)模式下工作，以从收发器线圈接收电力以对HV电池充电。

Description

用于插电式电动运载工具中的充电器和DC-DC转换器
相关申请的交叉引用
本PCT国际专利申请要求于2021年6月28日提交的美国临时专利申请第63/215,667号的权益，其全部内容通过引用合并到本文中。
背景技术
针对使用通常由与电网的连接提供的电力的固定电源对插电式电动运载工具(EV)的电池组充电存在不同的类型和布置。插电式EV充电器可大致分为1级、2级或3级。1级充电器使用标准单相插座(在北美为120VAC)，并且在上述三个级别的充电器中，1级充电器对电池组充电所需的时间最长。2级充电器利用更高的电源电压(在北美为240VAC)，通常由汽车制造商或其他电力供应设备制造商出售，额外费用在1000美元至3000美元之间。2级充电通常需要2至4小时对典型的插电式EV的电池组充电。EV充电器可以作为独立单元被提供和/或作为板载充电器(OBC)与EV集成。
另外地，当前的电动运载工具(EV)和插电式混合电动运载工具(PHEV)(插电式电动运载工具)通常在运载工具中使用单独的辅助DC/DC转换器，以将来自HV电池组的高压DC电力转换成诸如12VDC至14VDC的低压(LV)DC电力，所述低压(LV)DC电力存储在LV DC电池中，或者用于为在运载工具中的诸如收音机、灯等电气附件供电。
此外，无线电力传输(WPT)可用于从固定电源向EV供电，而固定电源与EV之间没有直接的物理连接。使用WPT从固定的充电器获得电力的EV仍可被称为插电式EV，即使没有物理插电。这将这样的插电式EV与仅从诸如内燃机(ICE)的板载电源获得电力的运载工具区分开。
EV充电器和WPT设备的尺寸和重量是重要的考虑因素。这对于与EV集成或以其他方式与EV一起运输的WPT部件和OBC部件来说尤其如此。
发明内容
本公开内容提供了一种用于运载工具的充电器电路。充电器电路包括变压器，其具有第一线圈和第二线圈，第一线圈和第二线圈中的每一个都被磁耦合以在其间输送电力。充电器电路还包括高压电力转换器，其连接至第一线圈并被配置成对连接至高压电力转换器的高压(HV)电池充电。充电器电路还包括低压电力转换器，其连接至第二线圈并被配置成对连接至低压电力转换器的低压(LV)电池充电。充电器电路在DC-DC转换模式下工作，以传输来自HV电池的电力以对LV电池充电。充电器电路也在无线电力传输(WPT)模式下工作，以从WPT收发器接收在第一线圈中感应的电力，以对HV电池充电。
本公开内容还提供了一种用于运载工具的充电器电路，其包括：功率因数校正(PFC)级，其包括输入节点、DC正导线、DC负导线、DC中间导线和至少一个相位转换器，该功率因数校正(PFC)级被配置成从输入节点接收AC电力并在DC正导线和DC中间导线上提供DC电力，其中DC中间导线具有介于DC正导线的电压与DC负导线的电压之间的DC电压。至少一个相位转换器包括：串联连接在输入节点与DC正导线之间并在其间限定高侧节点的两个高侧功率半导体器件；串联连接在输入节点与DC负导线之间并在其间限定低侧节点的两个低侧功率半导体器件；第一半导体器件，其连接在高侧节点与DC中间导线之间，用于调节其间的电流；以及第二半导体器件，其连接在低侧节点与DC中间导线之间，用于调节其间的电流。
本公开内容还提供了一种操作用于运载工具的充电器电路的方法。方法包括：在DC-DC转换器模式下，通过HV电力转换器将来自HV电池的高压(HV)直流(DC)电力转换成第一交流(AC)电力；将第一AC电力施加至变压器的第一线圈，以将第一AC电力传输至变压器的第二线圈；在DC-DC转换器模式下，对来自变压器的第二线圈的第一AC电力进行整流，以对低压(LV)电池充电；在无线电力传输(WPT)模式下，将第二AC电力施加至收发器线圈，以将第二AC电力传输至变压器的第一线圈，其中收发器线圈磁耦合至变压器并通过气隙与变压器隔开；以及在WPT模式下，对来自变压器的第一线圈的第二AC电力进行整流，以对HV电池充电。
附图说明
本发明设计的其他细节、特征和优点源自参考相关附图的实施方式示例的以下描述。
图1示出了被配置成从两个或更多个不同的输入电源中的一个输入电源向两个不同的负载提供输出电力的充电器电路的示意图；
图2A示出了根据本公开内容的一些实施方式的包括充电器电路的一部分的示意图；
图2B示出了根据本公开内容的一些实施方式的包括图2A的充电器电路的其他部分的示意图；
图3A示出了根据本公开内容的在三相模式下工作的充电器电路的功率因数校正(PFC)级的示意图；
图3B示出了根据本公开内容的在单相模式下工作的图3A的功率因数校正(PFC)级的示意图；
图4示出了根据本公开内容的电力转换器电路的示意图；
图5示出了根据本公开内容的无线电力传输(WPT)变压器和WPT收发器的截面图；
图6A示出了WPT变压器的透视分解图；
图6B示出了WPT收发器的透视剖视图；
图7A示出了根据本公开内容的在板载充电器(OBC)模式下工作的图4的电力转换器电路的示意图；
图7B示出了根据本公开内容的在WPT模式下工作的图4的电力转换器电路的示意图；以及
图7C示出了根据本公开内容的在DC-DC转换器模式(DC-DC)模式下工作的图4的电力转换器电路的示意图；以及
图8示出了列出操作用于运载工具的充电器电路的方法中的步骤的流程图。
具体实施方式
参考附图，将根据以下实施方式详细描述本发明。
本公开内容提供了用于运载工具的充电器电路。本公开内容的充电器电路可用于电气化机动运载工具，诸如乘用车或卡车，该电气化机动运载工具可以被配置成为电动运载工具(EV)和/或插电式混合电动运载工具(PHEV)。然而，本公开内容的充电器电路可以被利用于其他类型的运载工具，诸如，例如自动引导车辆(AGV)、递送机器人、机场设备搬运车、叉车、轮椅、高尔夫球车等。
图1示出了被配置成从两个或更多个不同的输入电源中的一个输入电源向两个不同的负载提供输出电力的第一电力转换器电路10的示意图。第一电力转换器电路10可以包括常规设计。第一电力转换器电路10包括AC电源20，AC电源20可以是具有Y形连接配置的3相电源，其中三相电压中的每个电压都参考公共中性节点22。AC电源20以120度相位差在三个输入导线24a、24b、24c上提供AC电压。三相电感器26包括连接在输入导线24a、24b、24c中的每个输入导线与三个中间节点28a、28b、28c中的对应的一个中间节点之间的电感，三个中间节点28a、28b、28c包括A相中间节点28a、B相中间节点28b和C相中间节点28c。
第一功率因数校正(PFC)级30包括一组第一场效应晶体管(FET)Ma+、Ma-、Mb+、Mb-、Mc+、Mc-，其被配置成选择性地切换来自中间节点28a、28b、28c中的对应的中间节点的电流，以向第一DC总线32p、32n提供DC电力。第一功率半导体器件Ma+、Ma-、Mb+、Mb-、Mc+、Mc-包括：A相正开关Ma+，其被配置成选择性地将来自A相中间节点28a的电流切换至第一DC总线32p、32n的正导线32p；以及A相负开关Ma-，其被配置成选择性地将来自第一DC总线32p、32n的负导线32n的电流切换至A相中间节点28a。第一PFC级30包括第一功率半导体器件Ma+、Ma-、Mb+、Mb-、Mc+、Mc-中的对应的功率半导体器件，其被配置成类似地在B相中间节点28b或C相中间节点28c中的对应的一个中间节点与第一DC总线32p、32n之间切换电流。在一些实施方式中，第一功率半导体器件Ma+、Ma-、Mb+、Mb-、Mc+、Mc-可以包括场效应晶体管(FET)，诸如硅基(Si)晶体管、碳化硅(SiC)器件或氮化镓(GaN)晶体管。在一些实施方式中，第一功率半导体器件Ma+、Ma-、Mb+、Mb-、Mc+、Mc-可以被额定为至少650V。然而，可以使用具有其他额定电压的器件。可替选地，第一功率半导体器件可以使用另一类型的FET或另一类型的器件，诸如结型晶体管。总线电容器Cbus连接在第一DC总线32p、32n的两端，用于平滑其上的DC电压。
在一些实施方式中，并且如图1所示，第一开关31可以具有第一位置，经由三相电感器26的C相电感选择性地将C相节点28c耦接至C相输入导线24c，用于从AC电源20接收3相电力。可替选地，第一开关31可以放置在第二位置，其中C相节点28c与C相输入导线24c断开连接，并且C相节点28c连接至三相电感器26的C相电感和滤波电容器Cf的串联组合，滤波电容器Cf具有连接至第一DC总线32p、32n的负导线32n的端子。
第一电力转换器电路10包括双有源桥(DAB)，其包括第一逆变器级33、第一变压器38和第一HV电力转换器50。第一逆变器级33包括一组第二功率半导体器件Sp1、Sp2、Sp3、Sp4，其被配置成生成在第一组AC导线34a、34b上的高频交流电力。第一逆变器级33的第二功率半导体器件Sp1、Sp2、Sp3、Sp4可以包括场效应晶体管(FET)，诸如GaN晶体管，尽管可以使用其他类型的器件。在一些实施方式中，第二功率半导体器件Sp1、Sp2、Sp3、Sp4可以具有至少650V的额定电压。然而，可以使用具有其他额定电压的器件。第一变压器38的初级线圈36连接在第一AC导线34a、34b两端。初级线圈36被示为与初级电感Lp串联的变压器线圈，初级电感Lp表示初级线圈36的电感效应，而不是单独的物理器件。
第一变压器38的次级线圈40连接至第二组AC导线46a、46b，第二组AC导线46a、46b使用高频AC电源来激励，该高频AC电源可以具有与第一AC导线34a、34b两端的AC电压相同的电压、更高的电压或更低的电压，其取决于第一变压器38的初级线圈36与次级线圈40之间的绕组比。
第一电力转换器电路10的第一HV电力转换器50包括一组可作为同步整流器工作的第三FET Ss1、Ss2、Ss3、Ss4，以将来自第二组AC导线46a、46b的高频AC电力转换成一组高压(HV)DC输出端子52p、52n上的DC电力。第一HV电力转换器50的第三FET Ss1、Ss2、Ss3、Ss4可以是额定650V的GaN晶体管，尽管可以使用其他类型的器件。第一输出电容器Co连接在HV DC输出端子52p、52n的两端，用于减小其两端的DC电压中的纹波。HV DC输出端子52p、52n耦接至HV电池54，该HV电池54可以提供电力用于驱动一个或更多个牵引电机以推进运载工具。HV DC输出端子52p、52n可以利用用于对HV电池54充电的充电电压来激励，该HV电池54可以具有400VDC或800VDC的标称电压。然而，HV电池54可以具有不同的标称电压。在一些实施方式中，HV电池54可以具有48VDC或12VDC的标称电压。
第二开关44是双刀双掷(DPDT)开关，其在第一位置选择性地将第一变压器38的次级线圈40耦接至第一HV电力转换器50，以提供板载充电(OBC)功能。在第二位置，第二组AC导线46a、46b和与其连接的第一HV电力转换器50与第一变压器38的次级线圈40断开连接，作为替代连接至无线电力传输(WPT)次级设备48，该次级设备48可以包括与谐振电容器Cr串联的谐振电感Lr，该谐振电容器Cr被配置成从单独的WPT收发器(图1中未示出)接收电力，并且该次级设备48可以位于固定位置。例如，WPT收发器可以位于地面上或在地下。因此，第二开关44使得第一电力转换器电路10能够在WPT模式或OBC模式中的任一模式下工作。可以采用相移控制分别调节HV和LV输出的输出电力。然而，为第二开关44实现这样的双掷开关可能是昂贵的。
第一电力转换器电路10还包括第二变压器56和第三变压器58。第二变压器56具有初级绕组59和次级绕组60，第三变压器58具有初级绕组64和次级绕组66。第二变压器56和第三变压器58的初级绕组59、64分别串联在第二组AC导线46a、46b之间。第二变压器56的次级绕组60连接至第三组AC导线62a、62b，第三变压器58的次级绕组66连接至第四组AC导线68a、68b。在一些实施方式中，第二变压器56和第三变压器58可以组合至具有多个绕组或更大绕组的多个抽头的单个物理器件中。
第一电力转换器电路10的第一低压(LV)整流器70包括一组被配置成同步整流器的第四FET G1、G2、G3、G4，以将来自第三组AC导线62a、62b的AC电力转换成在一组第一LV输出端子72p、72n上的低压(LV)DC电力。第一LV整流器70的第四FET G1、G2、G3、G4可以是额定100V的GaN晶体管，尽管可以使用其他类型的器件。
第一电力转换器电路10的第二低压(LV)整流器74包括一组被配置成同步整流器的第五FET G5、G6、G7、G8，以将来自第四组AC导线68a、68b的AC电力转换成在第一LV输出端子72p、72n上的低压(LV)DC电力。第二LV整流器74的第五FET G5、G6、G7、G8可以是额定100V的GaN晶体管，尽管可以使用其他类型的器件。
因此，第一LV整流器70和第二LV整流器74可以并联工作，以提供比第一LV整流器70或第二LV整流器74中的任一个单独工作时提供的电流更多的电流。在一些实施方式中，第一LV整流器70和第二LV整流器74中的一个或两者可以根据在任何给定时间在第一LV输出端子72p、72n上的电流负载要求而导通或关断。
第一LV输出端子72p、72n耦接至LV电池78，该LV电池78可以提供辅助电力用于操作运载工具中的低压系统和器件。第一LV输出端子72p、72n可以利用用于对LV电池78充电的充电电压来激励，该充电电压可以具有12VDC的标称电压。然而，LV电池78可以具有不同的标称电压，诸如36VDC或48VDC。
第一HV电力转换器50和LV整流器70、74中的每个可以具有H桥配置，并且可以一起操作用于DC/DC转换，其中第一HV电力转换器50在逆变器模式下工作以生成在第二组AC导线46a、46b上的AC电力，并且LV整流器70、74生成在第一LV输出端子72p、72n上的LV DC电力。如果需要更高的电力进行DC/DC转换，可以添加额外的H桥模块。然而，由于HV电池54和LV电池78之间的隔离要求，必须配备高匝数比和高电流变压器(诸如第二变压器56和第三变压器58)来满足标准，这增加了成本和体积。同时，这样的方法仍然展现出冗余性。
控制器80包括耦接至存储器84的处理器82。控制器80还包括一组栅极驱动器86，该组栅极驱动器86耦接至处理器82，并且具有被配置成操作第一PFC级30、第一逆变器级33、第一HV电力转换器50以及第一LV整流器70和第二LV整流器74的一些或所有FET的电路。处理器82可以包括任何合适的处理器，诸如微处理器、微控制器、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)等。另外地，或可替选地，控制器80可以包括除处理器82之外或处理器82之外的任何合适数量的处理器。存储器84可以包括单个盘或多个盘(例如，硬盘驱动器)，并且包括管理存储器84内的一个或更多个分区的存储管理模块。在一些实施方式中，存储器84可以包括闪存、半导体(固态)存储器等。存储器84可以包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)或其组合。存储器84可以包括当由处理器82执行时使处理器82至少控制第一电力转换器电路10的各种功能的指令。
图2A示出了根据本公开内容的一些实施方式的包括第二电力转换器电路100的一部分的示意图。第二电力转换器电路100可以包括控制器并由控制器控制，该控制器可以类似于参考图1描述的控制器80，但是具有与第二电力转换器电路100的硬件配置匹配的栅极驱动器和指令。
第二电力转换器电路100可以被配置成容纳220VAC的单相输入电力和/或208VAC～480VAC的三相输入电力，以及200V～800V的HV电池。第二电力转换器电路100可以被配置成在集成板载充电器(OBC)模式、无线电力传输(WPT)模式和辅助电力模块(APM)模式中的每个模式下工作，APM模式也可以被称为DC-DC模式。第二电力转换器电路100可以与800V或400V推进/电池系统兼容。第二电力转换器电路100能够同时对高压(HV)电池和低压(LV)电池两者充电。第二电力转换器电路100还可以包括能够用作电流变压器和无线电力传输(WPT)接收垫两者的集成磁性器件。
第二电力转换器电路100包括可以具有Y形连接配置的3相交流(AC)电源120，其中三相电压中的每个电压都参考公共中性节点122。3相AC电源120在三个输入导线124上提供AC电压。三相电感器126包括连接在输入导线124中的每个输入导线与三个中间节点128a、128b、128c中的对应的一个中间节点之间的电感，三个中间节点128a、128b、128c包括A相中间节点128a、B相中间节点128b和C相中间节点128c。3相AC电源120和三相电感器126可以与图1的第一电力转换器电路10中的对应的部件相似或相同。
第二功率因数校正(PFC)级130包括A相PFC转换器130a、B相PFC转换器130b和C相PFC转换器130c，它们可以各自相似或相同。第二PFC级130可以提供从-1至+1的输入(即电网侧)功率因数。在第二电力转换器电路100在板载充电器(OBC)模式下工作的情况下，第二PFC级130可以具有等于或近似等于1.0的功率因数，这意味着对于3相AC电源120(例如，电网电源)而言，它可以表现为电阻负载。为了简单起见，仅示出了A相PFC转换器130a。PFC转换器130a、130b、130c中的每个PFC转换器从中间节点128a、128b、128c中对应的一个中间节点向第二DC总线132p、132n、132m提供DC电力，第二DC总线132p、132n、132m具有DC正导线132p、DC负导线132n和DC中间导线132m，其中DC中间导线132m具有介于DC正导线132p与DC负导线132n的DC电位之间的DC电位。第一DC总线电容器Vdc连接在DC正导线132p与DC中间导线132m之间，并且第二DC总线电容器Vdc连接在DC中间导线132m与DC负导线132n之间。DC正导线132p可以具有两倍于DC中间导线132m的DC电压，其中每个导线都参考DC负导线132n。DC中间导线132m可以连接至3相AC电源120的公共中性节点122。
A相PFC转换器130a包括一组第六场效应晶体管(FET)Q1a、Q2a、Q3a、Q4a、Q5a、Q6a，其被配置成选择性地切换来自A相中间节点128a的电流以提供在第二DC总线132p、132n、132m上的DC电力。在一些实施方式中，第六FET Q1a、Q2a、Q3a、Q4a、Q5a、Q6a可以包括场效应晶体管。第六FET Q1a、Q2a、Q3a、Q4a、Q5a、Q6a可以包括可以额定为650V的硅基(Si)晶体管，诸如碳化硅(SiC)器件或氮化镓(GaN)晶体管。第六FET可替选地使用另一类型的FET或另一类型的器件，诸如结型晶体管。A相PFC转换器130a包括串联连接的两个FET Q1a、Q2a，以选择性地在A相中间节点128a与DC正导线132p之间切换电流。第六FET Q1a、Q2a、Q3a、Q4a、Q5a、Q6a包括具有连接至DC正导线132p的漏极端子和连接至A相高侧节点131ah的源极端子的第一PFC FET Q1a。第六FET Q1a、Q2a、Q3a、Q4a、Q5a、Q6a还包括具有连接至A相高侧节点131ah的漏极端子和连接至A相中间节点128a的源极端子的第二PFC FET Q2a。第六FETQ1a、Q2a、Q3a、Q4a、Q5a、Q6a包括具有连接至A相中间节点128a的漏极端子和连接至A相低侧节点131al的源极端子的第三PFC FET Q3a。第六FET Q1a、Q2a、Q3a、Q4a、Q5a、Q6a还包括具有连接至A相低侧节点131al的漏极端子和连接至DC负导线132n的源极端子的第四PFC FETQ4a。第六FET Q1a、Q2a、Q3a、Q4a、Q5a、Q6a还包括具有连接至A相高侧节点131ah的漏极端子和连接至DC中间导线132m的源极端子的第五PFC FET Q5a。第六FET Q1a、Q2a、Q3a、Q4a、Q5a、Q6a包括具有连接至DC中间导线132m的漏极端子和连接至A相低侧节点131al的源极端子的第六PFC FET Q6a。
第二电力转换器电路100包括双有源桥(DAB)，其包括第二逆变器级133、WPT变压器138和第二HV电力转换器150。第二逆变器级133包括一组第七FET P1、P2、P3、P4，其被配置成生成在第三组AC导线134a、134b上的高频交流电力。第二逆变器级第二133的第七FETP1、P2、P3、P4可以是额定650V的GaN晶体管，尽管可以使用其他类型的器件。
WPT变压器138包括三个线圈，每个线圈被磁耦合并被配置成既用作传统变压器又用作无线电力传输(WPT)的接收器线圈。WPT变压器138包括具有两个端子136a、136b的板载充电(OBC)线圈136。端子136a中的一个连接至第三组AC导线134a、134b中的一个AC导线134a，其中DC阻断电容器Cb连接在AC导线134a与端子136a之间，用于阻断DC电力被供应至OBC线圈136。OBC线圈136的另一端子136b直接连接至第三组AC导线134a、134b的另一AC导线134b。OBC线圈136被示为与电感LS1串联的变压器线圈，电感LS1表示OBC线圈136的电感效应，而不是单独的物理器件。WPT变压器138还包括具有两个端子140a、140b的第一线圈140和具有两个端子160a、160b的第二线圈160。如同OBC线圈136，第一线圈140和第二线圈160中的每个线圈被示为与电感LS2、LS3串联的变压器线圈，电感LS2、LS3表示对应的线圈140、160的电感效应，而不是单独的物理器件。在第二电力转换器电路100在OBC模式下工作的情况下，OBC线圈136可以用作初级绕组(Pri)，第一线圈140可以用作高压(HV)次级绕组，并且第二线圈160可以用作低压(LV)次级绕组。
图2A还示出了示出被配置用于无线电力传输的WPT变压器138的图。具体地，WPT收发器190与WPT变压器138对准并松散地磁耦合至WPT变压器138，用于将电力从WPT收发器190无线传输至WPT变压器138。WPT收发器190可以通过气隙和/或一种或更多种绝缘材料与WPT变压器138隔开。WPT逆变器192耦接至WPT收发器190以向其提供电力。WPT收发器190和WPT逆变器192可以被提供作为耦接至电网(或公用)电源的固定单元。
图2B示出了包括图2A的第二电力转换器电路100的其它部分的示意图。图2B示出了WPT变压器138，其包括连接至第一线圈140和第二线圈160的电路的细节。图2B包括连接至第一线圈140的第二HV电力转换器150和连接至第二线圈160的LV电力转换器170的细节。
第二电力转换器电路100的第二HV电力转换器150包括第一输入导线150a，其连接至WPT变压器138的第一线圈140的第一端子140a，其中补偿电容器Cr连接在第一端子140a与第一输入导线150a之间以补偿泄漏电感，从而提高电力传送的有效性。第二HV电力转换器150还包括第二输入导线150b，其直接连接至第一线圈140的第二端子140b。第二HV电力转换器150还包括一组可作为同步整流器工作的第八FET S11、S12、S13、S14，以将来自第一线圈140的高频AC电力转换成在一组DC中间导线152p、152n上的DC电力。第二HV电力转换器150的第八FET S11、S12、S13、S14可以是额定650V的GaN晶体管，尽管可以使用其他类型的器件。高压滤波电容器Chv连接在DC中间导线152p、152n的两端，用于减少其两端的DC电压中的纹波。
第二电力转换器电路100包括降压/升压转换器154，用于增加或减少与连接至其上的HV电池54之间的电压。降压/升压转换器154也可以被称为HV电力转换器。降压/升压转换器154包括第一输出电感器156，其具有连接至DC中间导线152p、152n的正节点152p的第一端子；以及第二输出电感器158，其具有连接至DC中间导线152p、152n的负节点152n的第一端子。降压/升压转换器154包括HV正输出端子162p、HV负输出端子162n和HV中间输出端子162m。第一HV输出电容器Chv1连接在HV正输出端子162p与HV中间输出端子162m之间，并且第二HV输出电容器Chv2连接在HV中间输出端子162m与HV负输出端子162n之间。HV正输出端子162p可以具有两倍于HV中间输出端子162m的DC电压，其中每个输出端子都参考HV负输出端子162n。
降压/升压转换器154还包括具有一组第九FET S31、S32、S33、S34的升压/降压转换器155。第九FET S31、S32、S33、S34包括被配置成选择性地控制第一输出电感器156的第二端子与HV正输出端子162p之间的电流的第一FET S31。第九FET S31、S32、S33、S34还包括被配置成选择性地控制第一输出电感器156的第二端子与HV中间输出端子162m之间的电流的第二FETS32。第九FET S31、S32、S33、S34还包括被配置成选择性地控制第二输出电感器158的第二端子与HV中间输出端子162m之间的电流的第三FET S33。第九FET S31、S32、S33、S34包括被配置成选择性地控制第二输出电感器158的第二端子与HV负输出端子162n之间的电流的第四FETS34。第一输出电感器156和第二输出电感器158可以以相反的极性磁耦合(即绕共享磁芯缠绕)。
第二电力转换器电路100还包括LV电力转换器170，用于提供具有在一组第二LV输出端子170p、170n上的调节的LV电压的LV电力，该LV电力可用于对连接在第二LV输出端子170p、170n之间的LV电池78充电。第二LV输出端子170p、170n可以利用用于对LV电池78充电的充电电压来激励，该LV电池78可以具有12VDC的标称电压。然而，LV电池78可以具有不同的标称电压，诸如36VDC或48VDC。LV电力转换器170包括H桥电路172，H桥电路172具有一组第十FET S21、S22、S23、S24，其连接至WPT变压器138的第二线圈160，并且操作以在LV中间节点172p与第二LV输出端子170p、170n的负端子170n之间产生DC电压。LV电容器Clv连接在LV中间节点172p与负端子170n之间，用于存储来自H桥电路172的电荷。LV电力转换器170还包括连接在WPT变压器138的第二线圈160的第一端子160a与第二LV输出端子170p、170n的正端子170p之间的第三输出电感器174。LV电力转换器170还包括连接在WPT变压器138的第二线圈160的第二端子160b与第二LV输出端子170p、170n的负端子170n之间的第四输出电感器176。第三输出电感器174和第四输出电感器176可以以相反的极性磁耦合(即绕共享磁芯缠绕)。LV电力转换器170可以作为典型的电流馈电H桥工作。许多不同的控制策略可用于操作LV电力转换器170。在一种控制策略中，控制底部开关S22和S24的占空比以提高LV电容器Clv两端的电压，使得该电压与高压滤波电容器Chv两端的电压匹配。例如，LV中间节点172p的电压(参考负端子170n)可以等于DC中间导线152p、152n两端的电压乘以WPT变压器138的第一线圈140和第二线圈160的匝数比。可以控制第二HV电力转换器150的第八FET S31、S32、S33、S34中的一个或更多个FET(例如上部开关S11)与H桥电路172的上部开关S21、S23中的一个或两个之间的相移，以调节电力从第二HV电力转换器150流至LV电力转换器170。
HV DC输出端子158p、158n耦接至HV电池54，该HV电池54可以提供电力用于驱动一个或更多个牵引电机以推进运载工具。HV DC输出端子158p、158n可以利用用于对HV电池54充电的充电电压来激励，该HV电池54可以具有400VDC或800VDC的标称电压。然而，HV电池54可以具有不同的标称电压。
第二HV电力转换器150和LV电力转换器170中的每个电力转换器可以具有H桥配置，并且可以一起操作用于DC/DC转换，其中第二HV电力转换器150在逆变器模式下工作以在输入导线150a、150b上生成AC电力，并且LV电力转换器170调节在第二LV输出端子170p、170n上的LV DC电力。
图3A示出了在三相模式下工作的第三功率因数校正(PFC)级230的示意图。第三PFC级230可以由耦接至三相电感器126的3相AC电源120供电，3相AC电源120一起向A相中间节点128a、B相中间节点128b和C相中间节点128c供电，A相中间节点128a、B相中间节点128b和C相中间节点128c每个都参考公共中性节点122。该配置可以与图2A至图2B的第二电力转换器电路100的对应的部件相似或相同。第三PFC级230可以具有高功率因数，这意味着它可以表现为或类似于电阻负载。例如，第三PFC级230可以被控制以具有-1.0与+1.0之间的任何值的功率因数。
第三PFC级230包括A相PFC转换器230a、B相PFC转换器230b和C相PFC转换器230c，它们可以各自相似或相同。为了简单起见，仅描述A相PFC转换器230a。PFC转换器230a、230b、230c中的每个PFC转换器从中间节点128a、128b、128c中的对应的一个中间节点向具有DC正导线232p和DC负导线232n的第三DC总线232p、232n提供DC电力。
第三PFC转换器230包括一组第十一场效应晶体管(FET)Q1a、Q1b、Q1c、Q1d，其被配置成选择性地切换来自A相中间节点128a的电流以生成在第三DC总线232p、232n、132m上的DC电力。在一些实施方式中，第十一FET Q1a、Q1b、Q1c、Q1d可以包括场效应晶体管。第十一FET Q1a、Q1b、Q1c、Q1d可以包括可以额定为650V的硅基(Si)晶体管，诸如碳化硅(SiC)器件或氮化镓(GaN)晶体管。第十一FET可替选地使用另一类型的FET或另一类型的器件，诸如结型晶体管。A相PFC转换器230a包括串联连接的两个FET Q1a、Q1b，以选择性地在A相中间节点128a与DC正导线132p之间切换电流。第十一FET Q1a、Q1b、Q1c、Q1d包括具有连接至DC正导线232p的漏极端子和连接至A相高侧节点231ah的源极端子的第一A相FET Q1a。第十一FET Q1a、Q1b、Q1c、Q1d还包括具有连接至A相高侧节点231ah的漏极端子和连接至A相中间节点128a的源极端子的第二A相FET Q1b。第十一FET Q1a、Q1b、Q1c、Q1d还包括具有连接至A相中间节点128a的漏极端子和连接至A相低侧节点231al的源极端子的第三A相FET Q1c。第十一FET Q1a、Q1b、Q1c、Q1d还包括具有连接至A相低侧节点231al的漏极端子和连接至DC负导线232n的源极端子的第四A相FET Q1d。
第三PFC转换器230还包括具有连接至A相高侧节点231ah的阴极端子和连接至公共中性节点122的阳极端子的A相高侧二极管D1a。A相高侧二极管D1a可以将电流从公共中性节点122传导至A相高侧节点231ah，同时阻断电流以相反方向流动。第三PFC转换器230还包括具有连接至公共中性节点122的阴极端子和连接至A相低侧节点231al的阳极端子的A相低侧二极管D1b。A相低侧二极管D1b可以将电流从A相低侧节点231al传导至公共中性节点122，同时阻断电流以相反方向流动。
第三PFC转换器230还包括连接在DC正导线232p与公共中性节点122之间的高侧输出电容器Cp1。第三PFC转换器230还包括连接在公共中性节点122与DC负导线232n之间的低侧输出电容器Cp2。负载电阻RL连接在DC正导线232p与DC负导线232n之间。负载电阻RL可以表示由于诸如DC/DC级的后续电路的连接而呈现在输出端上的负载。可替选地或另外地，物理负载电阻负载电阻RL可以连接在DC正导线232p与DC负导线232n之间。当第三PFC转换器230断开激励时，物理负载电阻RL可用于泄放输出电容器Cp1、Cp2上的残余电荷。
图3B示出了在单相模式下工作的第三PFC转换器230的示意图。在单相模式下，3相AC电源120由连接至三相电感器126的第一电感器L1和公共中性节点122的单相AC电源220代替。在单相模式下，只有A相PFC转换器230a是激活的，B相转换器230b和C相转换器230c是空闲的。单相模式可以使用第三PFC转换器230的相位转换器230a、230b、230c中的任何一个相位转换器。
图4示出了具有WPT变压器138的第三电力转换器电路300的示意图。第三电力转换器电路300可以与图2A至图2B的第一电力转换器电路100相似或相同，但是没有第二PFC级130。替代地，第三电力转换器电路300可以从第三PFC转换器230接收DC电力，第三PFC转换器230可以在三相模式下或在单相模式下工作。
第三电力转换器电路300可以包括650V GaN开关，而不是昂贵的1200V SiC器件，并且大幅减少HV侧与LV侧之间的变压器数量(即，第一电力转换器10的三个变压器38、56、58合并为单个器件，即WPT变压器138)。用于HV(即第一线圈140)和LV(即第二线圈160)的两个接收线圈集成在相同框架上。由于线圈140、160之间的距离接近，可以获得相对高的耦合系数，即K>0.8。给定如此高的耦合系数，两个线圈140、160可以充当用于隔离和电压匹配目的的变压器。每个端口可能需要补偿网络以最小化无功功率。初级线圈136也被集成，实现了更高的耦合系数，这反过来降低了无功功率。
本公开内容的电力转换器电路100、200、300可以允许双向能量流，这意味着电力可以例如经由3相AC电源120在一个或更多个电池54、78与公用电网之间以两个相反方向中的任一方向流动。在一些实施方式中，本公开内容的电力转换器电路100、200、300可以被操作以将AC电力传送至一个或更多个AC负载，诸如电动工具、照明等。在一些实施方式中，本公开内容的电力转换器电路100、200、300可以允许高压(HV)器件、低压(LV)器件、AC公用电网和/或一个或更多个AC负载中的两个或更多个之间的电力转换。例如，第二PFC级130和/或第三PFC级230可以与第二逆变器级133一起工作，以提供用于操作外部AC负载(诸如在工作现场的AC工具)的AC电力。以该方式，装备有本公开内容的电力转换器电路100、200、300的运载工具可以代替传统的AC发电机用作AC电源。
图5示出了WPT变压器138和与其平行延伸用于在它们之间提供无线电力传输的WPT收发器190的截面图。WPT变压器138包括具有圆柱形第一线轴322的第一芯320，以及具有与第一线轴322邻近并同轴的大致平坦的圆形的第一背板324。第一芯320还包括围绕第一背板324的外围边缘延伸并从其与第一线轴322的相同侧轴向延伸的外围边沿326。第一线轴322、第一背板324和外围边沿326一起限定了具有矩形截面的环形腔328，用于容纳OBC线圈136、第一线圈140和第二线圈160。第一芯320可以由具有低磁阻的材料诸如铁或钢制成。WPT变压器138包括OBC线圈136，OBC线圈136也可以被称为初级线圈；以及可以被称为HV线圈的第一线圈140，绕第一线轴322缠绕并在环状腔328内。如图5所示，OBC线圈136和第一线圈140可以以交替或交错方式缠绕。WPT变压器138还包括可以被称为LV线圈的第二线圈160，绕中心线轴322缠绕并在环状腔328内。第二线圈136可以与OBC线圈136和第一线圈140的至少一部分交错。
图5还示出了WPT收发器190的细节。WPT收发器190包括具有圆柱形第二线轴342的第二芯340，以及具有与第二线轴342邻近并同轴的大致平坦的圆形的第二背板344。第二芯340可以由具有低磁阻的材料诸如铁或钢制成。WPT收发器190还包括绕第二线轴342缠绕并邻近第二背板344的收发器线圈350。WPT收发器190可以被配置成感应磁场并无线地将电力输送至WPT变压器138的OBC线圈136、第一线圈140和/或第二线圈160中的一个或更多个线圈。
图6A示出了WPT变压器138的透视分解图，并且图6B示出了WPT收发器190的透视剖视图。WPT变压器138和/或WPT收发器190中的任一个或两个可以包括其他部件，诸如用于防止湿气或其他污染物损坏或以其他方式干扰线圈136、140、160、350的操作的灌封材料和/或外壳。
图7A示出了根据本公开内容的在板载充电器(OBC)模式下工作的第三电力转换器电路300的示意图。在OBC模式下，从电网将电力传输至HV电池54。例如，可以从3相AC电源120传输电力，用于对HV电池54充电。所有三个端口(即，来自3相AC电源120的AC电力、至/来自耦接至HV电池54的HV输出端子162p、162n的DC电力、以及至/来自耦接至LV电池78的LVDC总线170p、170n的DC电力)可以被主动控制。例如，控制器80可以通过控制在第三电力转换器电路300中的一组或更多组FET的操作来主动控制每个端口上的电力传输。
在OBC模式下，第二逆变器级第二133的第七FET P1、P2、P3、P4，第二HV电力转换器150的第八FET S11、S12、S13、S14以及升压/降压转换器155的第九FET S31、S32、S33、S34各自是激活的。第三电力转换器电路300的所有其他FET可以是非激活的并且处于断开激励状态。HV电池54可以具有第一标称电压或基本上大于第二标称电压的第二标称电压。例如，第一标称电压可以是400V，并且第二标称电压可以是800V。这可以允许第三电力转换器电路300与具有不同配置或容量的不同电池组一起使用。对于具有第一标称电压的HV电池54(例如400V电池)，升压/降压转换器155的FET S32和S33处于非导电状态，同时升压/降压转换器155的FET S31和S34处于导电状态，用于将电力从DC中间导线152p、152n直接传输至HV电池54，而不改变其之间的电压。对于具有第二标称电压的HV电池54(例如800V电池)，升压/降压转换器155的所有第九FET S31、S32、S33、S34被主动控制以在给定的DC电压下从DC中间导线152p、152n接收电力，并且以比给定的DC电压更高的电压增加(即升压)并向HV电池54供电。能量在WPT变压器138中在OBC线圈136(即初级线圈)与第一线圈140(即HV线圈)之间传输。在WPT变压器138中，可以使用非常高频率的AC电力来输送电力。例如，第二逆变器级133可以被配置成以非常高的频率生成AC电力。非常高的频率可以是例如260千赫兹(kHz)，相移控制。然而，可以使用其他频率和/或控制技术。
图7B示出了在无线电力传输(WPT)模式下工作的第三电力转换器电路300的示意图。在WPT模式下，将电力从WPT收发器190无线传输至HV电池54。可以操作升压/降压转换器155的第九FET S31、S32、S33、S34中的一些或全部以调节提供给HV电池54的电力。例如，控制器80可以主动控制第九FET S31、S32、S33、S34的操作，以操作用于控制占空比的升压/降压转换器155，来调节对HV电池54充电而提供的电力。升压/降压转换器155可以在高频率下工作，该高频率可以是例如40kHz，尽管可以使用其他频率。
在WPT模式下，第二逆变器级第二133的第七FET P1、P2、P3、P4各自处于非导电模式，第二HV电力转换器150的第八FET S11、S12、S13、S14以及升压/降压转换器155的第九FETS31、S32、S33、S34各自是激活的。第二HV电力转换器150的第八FET S11、S12、S13、S14在同步整流器模式下工作。对于具有第一标称电压的HV电池54(例如400V电池)，升压/降压转换器155的FET S32和S33处于非导电状态，同时升压/降压转换器155的FET S31和S34处于导电状态，用于将电力从DC中间导线152p、152n直接传输至HV电池54，而不改变其间的电压。对于具有第二标称电压的HV电池54(例如800V电池)，升压/降压转换器155的所有第九FET S31、S32、S33、S34被主动控制以在给定的DC电压下从DC中间导线152p、152n接收电力，并且以比给定的DC电压更高的电压增加(即升压)并向HV电池54供电。能量经由松散的磁耦合从WPT收发器190传输至WPT变压器138的第一线圈140(即HV线圈)。OBC线圈136和第二线圈160可以在WPT模式下断开或不使用。例如，OBC线圈136和第二线圈160中的每个线圈可以连接至开路，防止电流在其中流动。
图7C示出了根据本公开内容的在DC-DC转换器模式(DC-DC)模式下工作的第三电力转换器电路300的示意图。DC-DC模式也可以被称为辅助电力模块(APM)模式，因为它允许从HV电池54提供电力来补充和/或对LV电池78充电。
在DC-DC模式下，第二逆变器级第二133的第七FET P1、P2、P3、P4各自处于非导电模式，第二HV电力转换器150和LV电力转换器170一起工作以将电力从HV电池54传送至LV电池78。第二HV电力转换器150的第八FET S11、S12、S13、S14作为逆变器工作，以向WPT变压器138的第一线圈140提供AC电力。LV电力转换器170的第十FET S21、S22、S23、S24作为同步整流器工作，以转换在WPT变压器138的第二线圈160中感应的AC电力，以将电力传送至LV电池78。对于具有第一标称电压的HV电池54(例如400V电池)，升压/降压转换器155的FET S32和S33处于非导电状态，同时升压/降压转换器155的FET S31和S34处于导电状态，用于将电力从HV电池54直接传输至DC中间导线152p、152n，而不改变其间的电压。对于具有第二标称电压的HV电池54(例如800V电池)，升压/降压转换器155的所有第九FET S31、S32、S33、S34被主动控制以从HV电池54接收电力，并且经由DC中间导线152p、152n向第二HV电力转换器150供电。升压/降压转换器155可以被主动控制以降低(即降压)电池电压并以低于电池电压的电压向第二HV电力转换器150供电。
在WPT变压器138中，可以使用非常高频率的AC电力来输送电力。例如，第二HV电力转换器150可以被配置成以非常高的频率生成AC电力。非常高的频率可以是例如260kHz，相移控制。然而，可以使用其他频率和/或控制技术。
在图8的流程图中示出了操作用于运载工具的充电器电路的方法400。充电器电路可以包括例如第三电力转换器电路300。方法400可以使用存储在控制器80的存储器84中的指令来执行，当由处理器82执行时，该指令使得一个或更多个器件，诸如第三电力转换器电路300的FET或其他开关器件，执行各种动作。
方法400包括：在步骤402处，在DC-DC转换器模式下通过HV电力转换器将来自HV电池的高压(HV)直流(DC)电力转换成第一交流(AC)电力。例如，第二HV电力转换器150可以在逆变器模式下工作，以在DC-DC转换器模式下将来自HV电池54的HV DC电力转换成第一AC电力。
方法400还包括：在步骤404处，将第一AC电力施加至变压器的第一线圈，以将第一AC电力传输至变压器的第二线圈。例如，第二HV电力转换器150可以在DC-DC转换器模式下向WPT变压器138的第一线圈140提供第一AC电力。
方法400还包括：在步骤406处，在DC-DC转换器模式下，对来自变压器的第二线圈的第一AC电力进行整流，以对低压(LV)电池充电。例如，LV电力转换器170可以作为整流器工作，以转换在WPT变压器138的第二线圈160中感应的AC电力，以将电力传送至LV电池78。
方法400还包括：在步骤408处，在无线电力传输(WPT)模式下，将第二AC电力施加至收发器线圈，以将第二AC电力传输至变压器的第一线圈。在一些实施方式中，收发器线圈可以磁耦合至变压器，并通过气隙与之分离。例如，WPT逆变器192可以在WPT模式下将第二AC电力施加至WPT收发器190。
方法400还包括：在步骤410处，在WPT模式下，对来自变压器的第一线圈的第二AC电力进行整流，以对HV电池充电。例如，第二HV电力转换器150可以在WPT模式下对来自WPT变压器138的第一线圈140的第二AC电力进行整流。
方法400还包括：在步骤412处，在板载充电器(OBC)模式下，向变压器的OBC线圈施加第三AC电力，以将第三AC电力传输至变压器的第一线圈。例如，第二逆变器级133可以在OBC模式下将第三AC电力施加至WPT变压器138的OBC线圈136。
在一些实施方式中，步骤412还包括通过功率因数校正(PFC)级将输入AC电力转换成中间DC电力。PFC级可以具有高功率因数。第二PFC级130和/或第三PFC级230可以以单相模式或三相模式操作以执行该转换。
在一些实施方式中，步骤412还包括将中间DC电力转换成第三AC电力。例如，第二逆变器级133可以将来自第二PFC级130的中间DC电力转换成第三AC电力。
方法400还包括：在步骤414处，在OBC模式下，对来自变压器的第一线圈的第三AC电力进行整流，以对HV电池充电。例如，第二HV电力转换器150可以在OBC模式下对来自WPT变压器138的第一线圈140的第三AC电力进行整流。
上述系统、方法和/或过程及其步骤可以在适用于特定应用的硬件、软件或硬件和软件的任意组合中实现。硬件可以包括通用计算机和/或专用计算设备或特定计算设备或特定计算设备的特定方面或部件。这些过程可以在一个或更多个微处理器、微控制器、嵌入式微控制器、可编程数字信号处理器或其他可编程设备以及内部和/或外部存储器中实现。过程也可以或者可替选地在专用集成电路、可编程门阵列、可编程阵列逻辑或可以被配置成处理电子信号的任何其他设备或设备组合中实施。还将理解，一个或更多个过程可以被实现为能够在机器可读介质上执行的计算机可执行代码。
计算机可执行代码可以使用诸如C的结构化编程语言、诸如C++的面向对象编程语言或任何其他高级或低级编程语言(包括汇编语言、硬件描述语言和数据库编程语言和技术)来创建，该计算机可执行代码可以被存储、编译或解释以在上述设备之一，以及处理器架构的异构组合，或者不同硬件和软件的组合，或者能够执行程序指令的任何其他机器上运行。
因此，在一方面，上述每个方法及其组合可以在计算机可执行代码中实施，当在一个或更多个计算设备上执行时，该计算机可执行代码执行其步骤。在另一方面，方法可以在执行其步骤的系统中实施，并且可以以多种方式跨设备分布，或者所有的功能可以集成至专用的、独立的设备或其他硬件中。在另一方面，用于执行与上述过程相关联的步骤的装置可以包括上述任何硬件和/或软件。所有这样的排列和组合都旨在落入本公开内容的范围内。
前述描述并不旨在详尽无遗或限制本公开内容。特定实施方式的单个元件或特征通常不限于该特定实施方式，但是，在适用的情况下，是可互换的，并且可以在选定的实施方式中使用，即使没有具体示出或描述。同样也可以在许多方面变化。这样的变型不被视为偏离本公开内容，并且所有这样的修改都旨在包括在本公开内容的范围内。

Claims (15)

1.一种用于运载工具的充电器电路，包括：
变压器，其具有第一线圈和第二线圈，所述第一线圈和所述第二线圈中的每一个被磁耦合以在其间输送电力；
高压电力转换器，其连接至所述第一线圈并被配置成对连接至所述高压电力转换器的高压(HV)电池充电；
低压电力转换器，其连接至所述第二线圈并被配置成对连接至所述低压电力转换器的低压(LV)电池充电；
其中，所述充电器电路在DC-DC转换模式下工作，以传输来自所述HV电池的电力以对所述LV电池充电；以及
其中，所述充电器电路在无线电力传输(WPT)模式下工作以从WPT收发器接收在所述第一线圈中感应的电力，以对所述HV电池充电。
2.根据权利要求1所述的充电器电路，还包括：
功率因数校正(PFC)级，其被配置成将交流(AC)输入电力转换成在DC总线上的直流(DC)电力；以及
逆变器级，其耦接至所述DC总线并被配置成生成在第一组AC导线上的高频AC电力；
其中，所述变压器还包括OBC线圈，所述OBC线圈连接至所述第一组AC导线，并且磁耦合至所述第一线圈和所述第二线圈中的每一个，用于在其间输送电力；以及
其中，所述充电器电路还在板载充电器(OBC)模式下工作，以传输所述输入电力以对所述高压(HV)电池充电。
3.根据权利要求2所述的充电器电路，其中，所述PFC级包括相位转换器，所述相位转换器包括：
输入节点和中性节点，在所述输入节点与所述中性节点之间限定交流(AC)电压，所述相位转换器还具有DC正导线和DC负导线；
两个高侧FET，其串联连接在所述输入节点与所述DC正导线之间并在其间限定高侧节点；
两个低侧FET，其串联连接在所述输入节点与所述DC负导线之间并在其间限定低侧节点；
高侧二极管，其具有阴极端子和阳极端子，所述阴极端子连接至所述高侧节点，所述阳极端子连接至所述中性节点；以及
低侧二极管，其具有阴极端子和阳极端子，所述阴极端子连接至所述中性节点，所述阳极端子连接至所述低侧节点。
4.一种用于运载工具的充电器电路，包括：
功率因数校正(PFC)级，其包括输入节点、DC正导线、DC负导线、DC中间导线和至少一个相位转换器，所述功率因数校正PFC级(130)被配置成从所述输入节点接收AC电力并在所述DC正导线和所述DC中间导线上提供DC电力，其中所述DC中间导线具有介于所述DC正导线的电压与所述DC负导线的电压之间的DC电压，所述至少一个相位转换器包括：
两个高侧功率半导体器件，其串联连接在所述输入节点与所述DC正导线之间并在其间限定高侧节点；
两个低侧功率半导体器件，其串联连接在所述输入节点与所述DC负导线之间并在其间限定低侧节点；
第一半导体器件，其连接在所述高侧节点与所述DC中间导线之间，用于调节其间的电流；以及
第二半导体器件，其连接在所述低侧节点与所述DC中间导线之间，用于调节其间的电流。
5.根据权利要求4所述的充电器电路，其中，所述高侧功率半导体器件中的至少一个包括氮化镓(GaN)场效应晶体管(FET)。
6.根据权利要求4所述的充电器电路，其中，所述低侧功率半导体器件中的至少一个包括氮化镓(GaN)场效应晶体管(FET)。
7.根据权利要求4所述的充电器电路，其中，所述第一半导体器件和所述第二半导体器件中的至少一个是二极管。
8.根据权利要求4所述的充电器电路，其中，所述第一半导体器件和所述第二半导体器件中的至少一个是晶体管。
9.根据权利要求8所述的充电器电路，其中，所述晶体管是氮化镓(GaN)场效应晶体管(FET)。
10.根据权利要求4所述的充电器电路，其中，所述DC中间导线具有参考所述DC负导线的DC电压，所述DC电压等于参考所述DC负导线的所述DC正导线的DC电压的二分之一。
11.根据权利要求4所述的充电器电路，其中，所述至少一个相位转换器包括三个相位转换器，其中所述三个相位转换器中的每个相位转换器均被配置成对来自三相AC电源的对应相位的电力进行整流。
12.一种操作用于运载工具的充电器电路的方法，包括：
在DC-DC转换器模式下，通过HV电力转换器将来自HV电池的高压(HV)直流(DC)电力转换成第一交流(AC)电力；
将所述第一AC电力施加至变压器的第一线圈，以将所述第一AC电力传输至所述变压器的第二线圈；
在所述DC-DC转换器模式下，对来自所述变压器的所述第二线圈的所述第一AC电力进行整流，以对低压(LV)电池充电；
在无线电力传输(WPT)模式下，将第二AC电力施加至收发器线圈，以将所述第二AC电力传输至所述变压器的所述第一线圈，其中所述收发器线圈磁耦合至所述变压器并通过气隙与所述变压器隔开；以及
在所述WPT模式下，对来自所述变压器的所述第一线圈的所述第二AC电力进行整流，以对所述HV电池充电。
13.根据权利要求12所述的方法，还包括：
在板载充电器(OBC)模式下，将第三AC电力施加至所述变压器的OBC线圈，以将所述第三AC电力传输至所述变压器的所述第一线圈；以及
在所述OBC模式下，对来自所述变压器的所述第一线圈的所述第三AC电力进行整流，以对所述HV电池充电。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，将所述第三AC电力施加至所述OBC线圈还包括：
通过功率因数校正(PFC)级将输入AC电力转换成中间DC电力；以及
将所述中间DC电力转换成所述第三AC电力。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述PFC级包括多个氮化镓(GaN)场效应晶体管(FET)，用于将所述输入AC电力转换成所述中间DC电力。
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