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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladevorrichtung.
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HINTERGRUND
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Das Laden einer Hochspannungsbatterie ist zum Fahren eines Elektrofahrzeugs entscheidend. Ein innerhalb eines Fahrzeugs montiertes Ladegerät kann von einer kommerziellen Netzversorgung zugeführte Leistung in eine von einer Batterie benötigte Spannung umwandeln. Dies wird als Bordladegerät (On Board Charger - OBC) bezeichnet. Das OBC kann eine Leistungsfaktorkorrektur- (Power Factor Correction - PFC) Schaltung, die einen Leistungsfaktor (PF) korrigiert, und einen Gleichspannungs- bzw. DC-DC-Wandler, der die Leistung in die von der Batterie benötigte Spannung umwandelt, umfassen.
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Rauschen, das während eines Betriebs des OBC erzeugt wird, kann ein Wechselstromnetz des OBC beeinträchtigen. Um eine mit dem Wechselstromnetz verbundene und verwendete elektrische Last zu schützen, weist das OBC einen Wechselstrom- (AC) Eingangsfilter auf, der zwischen einen kommerziellen Wechselstromeingang und einen PFC-Teil geschaltet ist. Der Wechselstromeingangsfilter (AC-Eingangsfilter) kann in einer Stufe mit einer Kombination aus einem Kreuzkondensator (X-Cap) zwischen Netzleitungen, einem Kondensator (Y-Cap), der die Netzleitung umgeht, und einer Gleichtakt- (Common Mode - CM) Drossel ausgebildet sein. Die Anzahl von Stufen des Wechselstromeingangsfilters kann gemäß einem Rauschpegel bestimmt werden, und wenn zwei oder mehr Wechselstromeingangsfilter vorhanden sind, können die zwei oder mehr Wechselstromeingangsfilter in Reihe geschaltet werden.
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Ein typischer dreiphasiger 4-adriger Wechselstromeingangsfilter (R, S, T, N) kann basierend auf einer ersten Stufe des Wechselstromeingangsfilters umfassen drei X-Caps zwischen R-S, S-T und R-T; drei Y-Caps zwischen jedem von R, S und T und der Masse; und drei CM-Drosseln in R, S und T. Wenn der Rauschpegel zunimmt, steigt die Anzahl der in Reihe geschalteten Wechselstromeingangsfilter und die Anzahl der Elemente wie Kondensatoren und Induktivitäten nimmt zu. Demzufolge können die Kosten, das Volumen und das Gewicht für den Wechselstromeingangsfilter steigen.
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Die oben in diesem Hintergrundabschnitt offenbarten Informationen dienen nur zur Verbesserung des Verständnisses des Hintergrunds der Erfindung und können daher Informationen enthalten, die nicht den Stand der Technik bilden, der einem Durchschnittsfachmann bereits bekannt ist.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen eine Ladevorrichtung bereit, die einen Ladevorgang mit hoher Ladeeffizienz gemäß einem weiten Bereich von Eingangsstromquellen und einem weiten Bereich von Batterieladespannungen durchführen kann und die die Anzahl von Elementen zum Filtern eines Wechselstromeingangs minimieren kann.
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Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung stellt eine Ladevorrichtung bereit, umfassend eine Leistungsfaktorkorrektur- (PFC) Schaltung, die umfasst eine erste bis dritte Induktivität (d.h. erste, zweite und dritte) und einen ersten bis dritten Schalterzweig, die jeweils mit der ersten bis dritten Induktivität verbunden sind, ein Relaisnetzwerk, das eine Verbindung zwischen der ersten bis dritten Induktivität und einem ersten bis dritten Eingangsanschluss gemäß einer Phase eines mit dem ersten bis dritten Eingangsanschluss verbundenen Stromnetzes steuert, und einen Kondensator, umfassend ein Ende, das mit einem Null- bzw. Sternpunkt in Bezug auf den ersten bis dritten Eingangsanschluss verbunden ist, und wobei das andere Ende mit Masse verbunden ist. Das Relaisnetzwerk kann ein erstes Relais umfassen, das zwischen dem Nullpunkt und der dritten Induktivität angeschlossen ist, und ein Ende des Kondensators kann näher an dem Nullpunkt angeordnet sein als das erste Relais.
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Das Relaisnetzwerk kann umfassen ein zweites Relais, umfassend ein Ende, das mit dem ersten Eingangsanschluss und der ersten Induktivität verbunden ist, und wobei das andere Ende mit dem zweiten Eingangsanschluss und der zweiten Induktivität verbunden ist, ein drittes Relais, das zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und der zweiten Induktivität angeschlossen ist, ein viertes Relais, das zwischen dem dritten Eingangsanschluss und der dritten Induktivität angeschlossen ist, und ein fünftes Relais, das der dritten Induktivität parallelgeschaltet ist.
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Die Ladevorrichtung kann ferner umfassen einen ersten Kondensator, der zwischen der Masse und einem Kontaktpunkt, der sich näher an dem ersten Eingangsanschluss als ein Ende des zweiten Relais befindet, in einer ersten Stromleitung zwischen dem ersten Eingangsanschluss und der ersten Induktivität angeschlossen ist, einen zweiten Kondensator, der zwischen der Masse und einem Kontaktpunkt, der sich näher an dem zweiten Eingangsanschluss als das dritte Relais befindet, in einer zweiten Stromleitung zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und der zweiten Induktivität angeschlossen ist, und einen dritten Kondensator, der zwischen der Masse und einem Kontaktpunkt, der sich näher an dem dritten Eingangsanschluss als das vierte Relais befindet, in einer dritten Stromleitung zwischen dem dritten Eingangsanschluss und der dritten Induktivität angeschlossen ist.
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Wenn der erste bis dritte Eingangsanschluss mit jeweiligen Phasen einer dreiphasigen Stromquelle verbunden sind, kann das Relaisnetzwerk jede der Phasen der dreiphasigen Stromquelle mit einem entsprechenden des ersten bis dritten Schalterzweigs verbinden und die PFC-Schaltung kann als eine dreiphasige Boost-PFC arbeiten, und wenn eine einphasige Stromquelle mit einem des ersten bis dritten Eingangsanschlusses verbunden ist, kann das Relaisnetzwerk die einphasige Stromquelle mit dem ersten und zweiten Schalterzweig verbinden und kann den dritten Schalterzweig mit einem Nullpunkt verbinden, und die PFC-Schaltung kann als eine verschachtelte Einphasen-Vollbrücken-PFC vom Typ mit einer einzelnen Induktivität arbeiten.
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Wenn der erste bis dritte Eingangsanschluss mit jeweiligen Phasen der dreiphasigen Stromquelle verbunden sind, können das erste Relais, das zweite Relais und das fünfte Relais ausgeschaltet werden und das dritte Relais und das vierte Relais können eingeschaltet werden.
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Wenn eine einphasige Stromquelle mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist, können das erste Relais, das zweite Relais und das fünfte Relais eingeschaltet werden und das dritte Relais und das vierte Relais können ausgeschaltet werden.
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Die Ladevorrichtung kann ferner eine Leistungsumwandlungsschaltung umfassen, die zwischen der PFC-Schaltung und der Batterie angeschlossen ist und Leistung von der PFC-Schaltung zu der Batterie überträgt.
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Der erste Schalterzweig kann umfassen einen ersten Schalter, der zwischen der ersten Induktivität und einem ersten Eingangsanschluss der Leistungsumwandlungsschaltung angeschlossen ist, und einen zweiten Schalter, der zwischen der ersten Induktivität und einem zweiten Eingangsanschluss der Leistungsumwandlungsschaltung angeschlossen ist. Der zweite Schalterzweig kann umfassen einen dritten Schalter, der zwischen der zweiten Induktivität und einem ersten Eingangsanschluss der Leistungsumwandlungsschaltung angeschlossen ist, und einen vierten Schalter, der zwischen der zweiten Induktivität und einem zweiten Eingangsanschluss der Leistungsumwandlungsschaltung angeschlossen ist. Der dritte Schalterzweig kann umfassen einen fünften Schalter, der zwischen der dritten Induktivität und einem ersten Eingangsanschluss der Leistungsumwandlungsschaltung angeschlossen ist, und einen sechsten Schalter, der zwischen der dritten Induktivität und einem zweiten Eingangsanschluss der Leistungsumwandlungsschaltung angeschlossen ist.
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Wenn eine einphasige Stromquelle mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist, können das erste Relais, das zweite Relais und das fünfte Relais eingeschaltet werden und das dritte Relais und das vierte Relais können ausgeschaltet werden. Während einer Periode, in der die einphasige Stromversorgung eine positive Spannung ist, können eine Periode, in der der erste Schalter, der dritte Schalter und der sechste Schalter eingeschaltet werden, und eine Periode, in der der zweite Schalter, der vierte Schalter und der sechste Schalter eingeschaltet werden, wiederholt werden. Während einer Periode, in der die einphasige Stromversorgung eine negative Spannung ist, können eine Periode, in der der zweite Schalter, der vierte Schalter und der fünfte Schalter eingeschaltet werden, und eine Periode, in der der erste Schalter, der dritte Schalter und der fünfte Schalter eingeschaltet werden, wiederholt werden.
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Das Relaisnetzwerk kann ferner ein sechstes Relais umfassen, das einem Widerstand parallelgeschaltet ist, der zwischen dem ersten Eingangsanschluss und der ersten Induktivität angeschlossen ist, und die Ladevorrichtung kann das sechste Relais nach einem Spitzenwert einer in die PFC-Schaltung eingegebenen Spannung einschalten.
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Wenn der erste bis dritte Eingangsanschluss mit jeweiligen Phasen einer dreiphasigen Last verbunden sind, kann das Relaisnetzwerk jede der Phasen der dreiphasigen Stromquelle mit einem entsprechenden des ersten bis dritten Schalterzweigs verbinden und die PFC-Schaltung kann als ein Dreiphasen-Wechselrichter arbeiten. Wenn eine einphasige Last mit einem des ersten bis dritten Eingangsanschlusses verbunden ist, kann das Relaisnetzwerk die einphasige Last mit dem ersten und zweiten Schalterzweig verbinden und kann den dritten Schalterzweig mit einem Nullpunkt verbinden, und die PFC-Schaltung kann als ein Einphasen-Wechselrichter arbeiten.
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Die Ladevorrichtung kann ferner umfassen einen ersten Kondensator, der zwischen der Masse und einem Kontaktpunkt, der sich näher an dem ersten Eingangsanschluss als ein Ende des zweiten Relais befindet, in einer ersten Stromleitung zwischen dem ersten Eingangsanschluss und der ersten Induktivität angeschlossen ist, einen zweiten Kondensator, der zwischen der Masse und einen Kontaktpunkt, der sich näher an dem zweiten Eingangsanschluss als das dritte Relais befindet, in einer zweiten Stromleitung zwischen dem zweiten Eingangsanschluss und der zweiten Induktivität angeschlossen ist, und einen dritten Kondensator, der zwischen der Masse und einem Kontaktpunkt, der sich näher an dem dritten Eingangsanschluss als das vierte Relais befindet, in einer dritten Stromleitung zwischen dem dritten Eingangsanschluss und der dritten Induktivität angeschlossen ist.
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Wenn der erste bis dritte Eingangsanschluss mit jeweiligen Phasen einer dreiphasigen Last verbunden sind, können das erste Relais, das zweite Relais und das fünfte Relais ausgeschaltet werden und das dritte Relais und das vierte Relais können eingeschaltet werden.
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Wenn eine einphasige Last mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist, können das erste Relais, das zweite Relais und das fünfte Relais eingeschaltet werden und das dritte Relais und das vierte Relais können ausgeschaltet werden.
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Die Ladevorrichtung kann ferner eine Relaissteuerschaltung umfassen, die mit dem ersten bis dritten Eingangsanschluss verbunden ist, um einen des ersten bis dritten Eingangsanschlusses zu erfassen, mit denen eine Last verbunden ist, und das Relaisnetzwerk steuert.
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Die Ladevorrichtung kann ferner eine Leistungsumwandlungsschaltung umfassen, die zwischen der PFC-Schaltung und der Batterie angeschlossen ist und Leistung von der Batterie zu der PFC-Schaltung überträgt.
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Der erste Schalterzweig kann umfassen einen ersten Schalter, der zwischen der ersten Induktivität und einem ersten Eingangsanschluss der Leistungsumwandlungsschaltung angeschlossen ist, und einen zweiten Schalter, der zwischen der ersten Induktivität und einem zweiten Eingangsanschluss der Leistungsumwandlungsschaltung angeschlossen ist. Der zweite Schalterzweig kann umfassen einen dritten Schalter, der zwischen der zweiten Induktivität und einem ersten Eingangsanschluss der Leistungsumwandlungsschaltung angeschlossen ist, und einen vierten Schalter, der zwischen der zweiten Induktivität und einem zweiten Eingangsanschluss der Leistungsumwandlungsschaltung angeschlossen ist. Der dritte Schalterzweig kann umfassen einen fünften Schalter, der zwischen der dritten Induktivität und einem ersten Eingangsanschluss der Leistungsumwandlungsschaltung angeschlossen ist, und einen sechsten Schalter, der zwischen der dritten Induktivität und einem zweiten Eingangsanschluss der Leistungsumwandlungsschaltung angeschlossen ist.
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Wenn eine einphasige Last mit dem ersten Eingangsanschluss verbunden ist, können das erste Relais, das zweite Relais und das fünfte Relais eingeschaltet werden und das dritte Relais und das vierte Relais können ausgeschaltet werden. Der erste Schalter und der zweite Schalter können abwechselnd geschaltet werden, der dritte Schalter und der vierte Schalter können abwechselnd geschaltet werden, eine Ein-Periode des vierten Schalters kann eine Ein-Periode des ersten Schalters vollständig überlappen, und eine Ein-Periode des zweiten Schalters kann eine Ein-Periode des dritten Schalters vollständig überlappen. Der fünfte Schalter kann ausgeschaltet werden und der sechste Schalter kann eingeschaltet werden.
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Die Ladevorrichtung kann ferner eine Relaissteuerschaltung umfassen, die mit dem ersten bis dritten Eingangsanschluss verbunden ist, um einen des ersten bis dritten Eingangsanschlusses zu erfassen, mit denen eine Stromquelle verbunden ist, und das Relaisnetzwerk steuert.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können eine Ladevorrichtung bereitstellen, die einen Ladevorgang mit hoher Ladeeffizienz gemäß einem weiten Bereich von Eingangsstromquellen und einem weiten Bereich von Batterieladespannungen durchführen kann und eine einfachere Schaltungsstruktur als die im Stand der Technik aufweisen kann.
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Darüber hinaus können Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eine Ladevorrichtung bereitstellen, die die Anzahl von Elementen zum Filtern eines Wechselstromeingangs minimieren kann.
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Figurenliste
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- 1 stellt eine Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform dar.
- 2 stellt ein Schaltbild zum Erläutern eines Betriebs davon dar, wenn eine kommerzielle Wechselstromquelle eine dreiphasige Stromquelle ist.
- 3 stellt ein Schaltbild zum Erläutern eines Betriebs davon dar, wenn eine kommerzielle Wechselstromquelle eine einphasige Stromquelle ist.
- 4A bis 4D stellen Schaltbilder zum Erläutern eines Betriebs einer PFC-Schaltung dar, wenn eine Eingangsstromquelle eine einphasige Stromquelle gemäß einer Ausführungsform ist.
- 5 stellt eine Zeichnung zum Erläutern eines Betriebs dar, wenn eine Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform eine dreiphasige Last in einer umgekehrten Richtung mit Strom versorgt.
- 6 stellt eine Zeichnung zum Erläutern eines Betriebs dar, wenn eine Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform eine einphasige Last in einer umgekehrten Richtung mit Strom versorgt.
- 7 stellt einen Schaltvorgang einer PFC-Schaltung gemäß einer Ausführungsform dar.
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Die folgenden Elemente können in Verbindung mit den Zeichnungen verwendet werden, um Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung zu beschreiben.
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- 1
- Ladevorrichtung
- 2
- Relaisnetzwerk
- 3
- Relaissteuerschaltung
- 10
- AC-Eingangsfilter
- 20
- PFC-Schaltung
- 30
- Leistungsumwandlungsschaltung
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG von AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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Eine Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform kann zwischen einem Stromversorgungssystem und einer Batterie angeschlossen sein, um die Batterie mit Strom zu laden, der von dem Stromversorgungssystem zugeführt wird, oder um eine mit dem Stromversorgungssystem verbundene Last mit Strom zu laden, der von der Batterie zugeführt wird.
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Im Folgenden werden in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen ausführlich beschrieben, und in der vorliegenden Beschreibung werden dieselben oder ähnliche Bestandteile durch dieselben oder ähnliche Bezugszeichen bezeichnet und eine redundante Beschreibung davon wird weggelassen. Die Begriffe „Modul“ und/oder „Einheit, Abschnitt oder Teil“, die Bestandteile darstellen, die in der folgenden Beschreibung verwendet werden, werden nur verwendet, um das Verständnis der Beschreibung zu erleichtern, und daher haben diese Begriffe keine Bedeutungen oder Rollen, die sie voneinander unterscheiden. Bei einer Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Beschreibung, wenn bestimmt wird, dass eine detaillierte Beschreibung des Standes der Technik, der mit der vorliegenden Erfindung in Zusammenhang steht, den Kern der vorliegenden Erfindung unklar machen kann, wird diese weggelassen. Ferner werden die beigefügten Zeichnungen nur bereitgestellt, um zu ermöglichen, dass in der vorliegenden Beschreibung offenbarte Ausführungsformen leichter verstanden werden können, und sind nicht derart auszulegen, dass sie die in der vorliegenden Beschreibung offenbarten Lehre beschränken, und es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung alle Modifikationen, Äquivalente und Substitutionen umfasst, ohne vom dem Umfang und der Lehre der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
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Begriffe, die Ordnungszahlen wie z.B. erster/erste/erstes, zweiter/zweite/zweites und dergleichen umfassen, werden nur verwendet, um verschiedene Bestandteile zu beschreiben, und sind nicht derart auszulegen, dass sie diese Bestandteile beschränken. Die Begriffe werden nur verwendet, um einen Bestandteil von anderen Bestandteilen zu unterscheiden.
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Es versteht sich, dass, wenn ein Bestandteil als mit einem anderen Bestandteil „verbunden“ oder „gekoppelt“ bezeichnet wird, es direkt mit dem anderen Bestandteil verbunden oder gekoppelt sein kann oder mit dem anderen Bestandteil verbunden oder gekoppelt sein kann, wobei ein weiterer Bestandteil dazwischen angeordnet ist. Im Gegensatz dazu sollte verstanden werden, dass, wenn beschrieben wird, dass ein Element mit einem anderen Element „direkt gekoppelt“ oder „direkt verbunden“ ist, kein Element zwischen dem Element und dem anderen Element vorhanden ist.
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In der vorliegenden Anmeldung versteht es sich, dass der Begriff „umfassen“, „aufweisen“, „haben“ oder „einrichten bzw. konfigurieren“ angibt, dass ein Merkmal, eine Zahl, ein Schritt, eine Operation, ein Bestandteil, ein Teil oder eine Kombination davon, die in der Beschreibung beschrieben sind, vorhanden ist, jedoch nicht die Möglichkeit des Vorhandenseins oder Hinzufügens von einem oder mehreren anderen Merkmalen, Zahlen, Schritten, Operationen, Bestandteilen, Teilen oder Kombinationen im Voraus ausschließt.
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1 stellt eine Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform dar.
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In 1 ist eine durch ein Stromversorgungssystem verbundene kommerzielle Wechselstromquelle als Y-Verbindung dargestellt, aber die kommerzielle Stromquelle kann als Δ-Verbindung dargestellt werden. Nachfolgend ist es offensichtlich, dass die Δ-Verbindung anstelle der Y-Verbindung in anderen Zeichnungen angewendet werden kann.
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Eine Ladevorrichtung 1 umfasst ein Relaisnetzwerk 2, eine Relaissteuerschaltung 3, eine Leistungssteuerschaltung 4, einen Wechselspannungs- bzw. AC-Eingangsfilter 10, eine PFC-Schaltung 20 und eine Leistungsumwandlungsschaltung 30. Die Ladevorrichtung 1 kann die kommerzielle Wechselstromquelle umwandeln, um Ladeleistung zum Laden einer Batterie 40 zu erzeugen. Beispielsweise kann ein positiver Anschluss bzw. eine positive Klemme (+) der Batterie 40 mit einem Ausgangsanschluss OUT1 verbunden sein, und ein negativer Anschluss bzw. eine negative Klemme (-) der Batterie 40 kann mit einem Ausgangsanschluss OUT2 verbunden sein.
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Der AC-Eingangsfilter 10 ist ein elektromagnetischer Interferenzfilter (Electromagnetic Inerference - EMI) für eine Vielzahl von Stromleitungen 101 bis 103, die zwischen einer Vielzahl von Eingangsanschlüssen IN1 bis IN3 und der PFC-Schaltung 20 angeschlossen sind, und kann Rauschen beseitigen, das während eines Betriebs der Ladevorrichtung 1 erzeugt wird. Die Stromleitung 101 kann zwischen dem Eingangsanschluss IN1 und der PFC-Schaltung 20 angeschlossen sein, die Stromleitung 102 kann zwischen dem Eingangsanschluss IN2 und der PFC-Schaltung 20 angeschlossen sein, und die Stromleitung 103 kann zwischen dem Eingangsanschluss IN3 und der PFC-Schaltung 20 angeschlossen sein.
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Der AC-Eingangsfilter 10 umfasst einen Kondensator 104 und zumindest eine AC-Filtervorrichtung 110. Die Anzahl der AC-Filtervorrichtungen 110 in dem AC-Eingangsfilter 10 kann gemäß einem in den Stromleitungen 101 bis 103 erzeugten Rauschpegel bestimmt werden. Wenn zum Beispiel der Rauschpegel zunimmt, kann die Anzahl der AC-Filtervorrichtungen 110 für hohe Einfügungsdämpfung erhöht werden. 1 stellt eine AC-Filtervorrichtung 110 dar, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Der Kondensator 104 ist zwischen einem Nullpunkt N und der Masse G abgeschlossen, und eine Drossel ist nicht mit dem Nullpunkt N verbunden.
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Die AC-Filtervorrichtung 110 umfasst eine Y-Kondensatorvorrichtung 105, eine X-Kondensatorvorrichtung 106 und eine Drosselvorrichtung 107.
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Die Y-Kondensatorvorrichtung 105 umfasst drei Kondensatoren 115, 125 und 135. Der Kondensator 115 ist zwischen der Stromleitung 101 und der Masse G an einer Position angeschlossen, die näher an dem Eingangsanschluss IN1 liegt als ein Relais RL1. Der Kondensator 125 ist zwischen der Stromleitung 102 und Masse G an einer Position angeschlossen, die näher an dem Eingangsanschluss IN2 liegt als ein Relais RL2. Der Kondensator 135 ist zwischen der Stromleitung 103 und der Masse G an einer Position angeschlossen, die näher an dem Eingangsanschluss IN3 liegt als ein Relais RL3. Wie oben beschrieben, ist jeder der drei Kondensatoren 115, 125 und 135 der Y-Kondensatorvorrichtung 105 vor dem Relais jeder Phase angeordnet so dass Gleichtaktrauschen zwischen jeder der drei Stromleitungen 101 bis 103 und der Masse G gefiltert werden kann. Die Drosselvorrichtung 107 kann mit der Vielzahl von Stromleitungen 101 bis 103 gekoppelt sein, um das Gleichtaktrauschen zu filtern. Die Vielzahl von Stromleitungen 101 bis 103 kann in der gleichen Richtung um einen Kern gewickelt werden, um die Drosselvorrichtung 107 zu realisieren.
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Die X-Kondensatorvorrichtung 106 umfasst einen Kondensator 116, der zwischen der Stromleitung 101 und der Stromleitung 102 angeschlossen ist, einen Kondensator 126, der zwischen der Stromleitung 102 und der Stromleitung 103 angeschlossen ist, und einen Kondensator 136, der zwischen der Stromleitung 101 und der Stromleitung 103 angeschlossen ist. Die X-Kondensatorvorrichtung 106 kann Gegentaktrauschen zwischen zwei Stromleitungen unter den drei Stromleitungen 101 bis 103 filtern.
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Der Kondensator 104 kann das Gleichtaktrauschen in einem Hochfrequenzband filtern, indem er eine Potenzialdifferenz zwischen einem Nullpunkt 29 der PFC-Schaltung 20 und dem Nullpunkt N im Vergleich zur Masse G reduziert.
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Jeder der drei Kondensatoren 115, 125 und 135 der Y-Kondensatorvorrichtung 105 filtert das Gleichtaktrauschen zwischen jeder der drei Stromleitungen 101 bis 103 und Masse G, so dass es möglich ist, elektrische Potentiale zwischen jeder der drei Stromleitungen 101 bis 103 und der Masse G gleichmäßig anzupassen. Der Kondensator 104 filtert das Gleichtaktrauschen einer Leitung (im Folgenden ein Nullleiter), die mit dem Nullpunkt N verbunden ist, so dass in Bezug auf ein Referenzpotential der Masse G das Potential zwischen dem Nullpunkt N und der Masse G derart gesteuert werden kann, dass es gleich dem Potential zwischen den drei Stromleitungen 101 bis 103 und der Masse G ist. Selbst wenn die Anzahl von Stufen der AC-Filtervorrichtung 110 aufgrund des Anstiegs des Rauschpegels zunimmt, kann das Gleichtaktrauschen des Nullleiters durch einen Kondensator 104 gefiltert werden. Da darüber hinaus keine Drossel mit dem Nullpunkt N verbunden ist, steigt die Anzahl der Drosseln für den Nullpunkt N trotz der Erhöhung der Anzahl der Stufen der AC-Filtervorrichtung 110 nicht an.
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Das Relaisnetzwerk 2 kann eine Vielzahl von Relais RL1 bis RL6 gemäß der Phase des mit den Eingangsanschlüssen IN1 bis IN3 verbundenen Stromversorgungssystems Ein/Aus steuern, um eine Verbindungsbeziehung zwischen der PFC-Schaltung 20 und dem Stromversorgungssystem zu steuern. Wenn zum Beispiel die Ladevorrichtung 1 von dem Stromversorgungssystem zugeführte Leistung zum Laden der Batterie umwandelt, kann das Relaisnetzwerk 2 das Ein/Aus der Vielzahl von Relais RL1 bis RL6 gemäß der Phase der mit den Eingangsanschlüssen IN1 bis IN3 verbundenen kommerziellen Wechselstromquelle steuern, um die Verbindungsbeziehung zwischen der PFC-Schaltung 20 und der kommerziellen Wechselstromquelle zu steuern.
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Das Relaisnetzwerk 2 umfasst die Vielzahl von Relais RL1 bis RL6, und die Relaissteuerschaltung 3 kann mit der Vielzahl von Eingangsanschlüssen IN1 bis IN3 verbunden sein, die mit der kommerziellen Wechselstromquelle verbunden sind, um die Phase der kommerziellen Wechselstromquelle zu erfassen und um die Vielzahl von Relais RL1 bis RL6 gemäß der erfassten Phase zu steuern. Die Relaissteuerschaltung 3 kann eine Vielzahl von Relaissteuersignalen RLS1 bis RLS6 zum Steuern des Ein/Aus der Vielzahl von Relais RL1 bis RL6 gemäß der erfassten Phase erzeugen, um sie an die Vielzahl von Relais RL1 bis RL6 zuzuführen. Die Vielzahl von Relais RL1 bis RL6 wird gemäß der Vielzahl von Relaissteuersignalen RLS1 bis RLS6 eingeschaltet (geschlossen) oder ausgeschaltet (geöffnet).
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Wenn beispielsweise die kommerzielle Wechselstromquelle eine dreiphasige Stromquelle ist, kann die Relaissteuerschaltung 3 Relaissteuersignale RLS2 und RLS3 zum Einschalten einer Vielzahl von Relais RL2 und RL3 und Relaissteuersignale RLS1, RLS4 und RLS6 zum Ausschalten einer Vielzahl von Relais RL1, RL4 und RL6 erzeugen, um sie an die Vielzahl von Relais RL1 bis RL6 zuzuführen. In diesem Fall kann die Relaissteuerschaltung 3 ein Phasenerfassungssignal SL erzeugen, das die drei Phasen zusammen angibt, um es an die Leistungssteuerschaltung 4 zu übertragen.
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Wenn die kommerzielle Wechselstromquelle eine einphasige Stromquelle ist, kann die Relaissteuerschaltung 3 darüber hinaus Relaissteuersignale RLS1, RLS4 und RLS6 zum Einschalten einer Vielzahl von Relais RL1, RL4 und RL6 und Relaissteuersignale RLS2 und RLS3 zum Ausschalten einer Vielzahl von Relais RL2 und RL3 erzeugen, um sie der Vielzahl von Relais RL1 bis RL6 zuzuführen. In diesem Fall kann die Relaissteuerschaltung 3 ein Phasenerfassungssignal SL erzeugen, das die einzelne Phase zusammen angibt, um es an die Leistungssteuerschaltung 4 zu übertragen.
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Die Relaissteuerschaltung 3 kann ein Relaissteuersignal RLS5 erzeugen, das das Relais RL5 zu einem Zeitpunkt einschaltet, wenn eine vorgegebene Periode ab einem Zeitpunkt verstreicht, wenn ein Ladevorgang beginnt, unabhängig davon, ob einphasig oder dreiphasig, und kann es dem Relais RL5 zuführen.
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Ein Ende des Relais RL1 ist mit einem Ende einer Induktivität 25 und dem Eingangsanschluss IN1 verbunden, und das andere Ende des Relais RL1 ist zwischen dem Eingangsanschluss IN2 und einem Ende einer Induktivität 26 verbunden. Das Relais RL2 ist mit dem Eingangsanschluss IN2 und einem Ende der Induktivität 26 verbunden, das Relais RL3 ist mit dem Eingangsanschluss IN3 und einem Ende einer Induktivität 27 verbunden, und das Relais RL4 ist zwischen dem Nullpunkt N und einem Ende der Induktivität 27 angeschlossen. Das Relais RL5 ist zwischen dem Eingangsanschluss IN1 und einem Ende der Induktivität 25 angeschlossen, und das Relais RL6 ist der Induktivität 27 parallelgeschaltet. Die Vielzahl von Relais RL1 bis RL6 kann als ein elektronisches Relais oder als mechanisches Relais ausgeführt sein.
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Die PFC-Schaltung 20 umfasst drei Schalterzweige 21 bis 23, drei Spulen 25 bis 27 und einen PFC-Zwischenkreiskondensator 24. Die PFC-Schaltung 20 kann gemäß einem Schaltsteuersignal arbeiten, das von der Leistungssteuerschaltung 4 zugeführt wird. Die Leistungssteuerschaltung 4 kann einen Schaltvorgang der PFC-Schaltung 20 gemäß dem Fall steuern, in dem die kommerzielle Wechselstromquelle eine Einphasen-Stromquelle oder eine Dreiphasen-Stromquelle gemäß dem Phasenerfassungssignal SL ist.
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Wenn die kommerzielle Wechselstromquelle die Dreiphasen-Stromquelle ist, empfängt die PFC-Schaltung 20 eine dreiphasige Leitungs-zu-Leitungs-Spannung, um als Boost-PFC mit drei Zweigen zu arbeiten. Wenn die kommerzielle Wechselstromquelle ein Einphasen-Eingang ist, empfängt die PFC-Schaltung 20 eine Spannung zwischen dem Eingangsanschluss IN1 und dem Nullpunkt N, um als eine PFC eines Einzel-Induktivität-Typs einer verschachtelten Einphasen-Vollbrückenstruktur zu arbeiten. Das heißt, die PFC-Schaltung 20 verwendet drei Eingangsanschlüsse IN1, IN2 und IN3 als eine Stromquelle im Fall von drei Phasen und verwendet eine Spannung zwischen dem Eingangsanschluss IN1 und dem Nullpunkt N als eine Stromquelle im Fall einer einzelnen Phase. Im Fall einer einzelnen Phase wird das Relais RL1 eingeschaltet und alle des ersten bis dritten Schalterzweigs 21 bis 23 werden zur Stromübertragung verwendet, wobei der Schalterzweig 23 mit dem Nullpunkt N verbunden ist und die Induktivität 27 durch Einschalten des Relais RL6 deaktiviert wird. Dann wird sie zwischen dem Eingangsanschluss IN1 und dem Nullpunkt N in eine einzelne Induktivitätsstruktur umgewandelt, und die PFC-Schaltung 20 ist eine verschachtelte Einphasen-Vollbrückenstruktur. In diesem Fall kann die PFC-Schaltung 20 als eine unipolare Totem-Pole-Steuerung arbeiten.
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Der PFC- Zwischenkreiskondensator 24 umfasst zwei Kondensatoren C1 und C2 und erzeugt eine Gleichspannung, indem er mit einem Strom geladen wird, der gemäß einem Betrieb von jedem der drei Schalterzweige 21 bis 23 übertragen wird.
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Die Leistungsumwandlungsschaltung 30 wandelt die in den PFC-Zwischenkreiskondensator 24 geladene Spannung um, um eine für eine Last geeignete Gleichspannung zu erzeugen und zuzuführen. Zwei Eingangsanschlüsse DCN1 und DCN2 der Leistungsumwandlungsschaltung 30 sind mit jeweiligen Enden des PFC-Zwischenkreiskondensator 24 verbunden. Obwohl in 1 keine Last gezeigt ist, kann ein Beispiel der Last eine Batterie umfassen, und die Batterie kann zwischen zwei Ausgangsanschlüssen OUT1 und OUT2 angeschlossen sein, um geladen zu werden.
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Die Leistungsumwandlungsschaltung 30 umfasst zwei DC-DC-Wandler, die zwischen die zwei Eingangsanschlüsse DCN1 und DCN2 und die zwei Ausgangsanschlüsse OUT1 und OUT2 parallelgeschaltet sind. Die Struktur, in der die zwei DC-DC-Wandler parallelgeschaltet sind, ist ein Beispiel gemäß der Ausführungsform, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und die Leistungsumwandlungsschaltung 30 kann mit einer geeigneten Anzahl von DC-DC-Wandlern gemäß einer Größe der Last realisiert werden.
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Ein DC-DC-Wandler 31 umfasst vier Schaltelemente T1 bis T4, die als eine Vollbrücke mit einer Seite davon verbunden sind, vier Schaltelemente T5 bis T8, die als eine Vollbrücke mit der anderen Seite davon verbunden sind, und einen Isolier- bzw. Trenntransformator TR1 zwischen der einen Seite und der anderen Seite, und einen Kondensator C3.
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Ein DC-DC-Wandler 32 umfasst vier Schaltelemente P1 bis P4, die als eine Vollbrücke mit einer Seite davon verbunden sind, vier Schaltelemente P5 bis P8, die als eine Vollbrücke mit der anderen Seite davon verbunden sind, und einen Trenntransformator TR2 zwischen der einen Seite und der anderen Seite, und einen Kondensator C4.
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Die Leistungssteuerschaltung 4 kann Leistungsumwandlungsvorgänge des DC-DC-Wandlers 31 und des DC-DC-Wandlers 32 steuern. Beispielsweise kann die Leistungssteuerschaltung 4 eine an die Batterie 40 zugeführte Ausgangsspannung als Rückführung empfangen, um ein Steuersignal zum Steuern einer Schaltfrequenz oder eines Tastverhältnisses des DC-DC-Wandlers 31 und des DC-DC-Wandlers 32 zu erzeugen, um es an den DC-DC-Wandler 31 und den DC-DC-Wandler 32 zuzuführen. Da ein detailliertes Steuerverfahren davon das gleiche wie das Steuerverfahren des Wandlers der LLC-Resonanz-Vollbrückenstruktur ist, wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen.
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In 1 sind die DC-DC-Wandler 31 und 32 als LLC-Resonanz-Vollbrücken realisiert, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt, und sie können als andere Typen realisiert sein. Der Betrieb des DC-DC-Wandlers ist für einen Durchschnittsfachmann auf dem Gebiet, auf das sich die vorliegende Erfindung bezieht, offensichtlich, und daher wird eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen.
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2 stellt ein Schaltbild zum Erläutern eines Betriebs davon dar, wenn eine kommerzielle Wechselstromquelle eine dreiphasige Stromquelle ist.
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Wie in 2 gezeigt, wird eine 3-Phasen-Stromquelle zu jedem der drei Eingangsanschlüsse IN1, IN2 und IN3 durch drei Induktivitäten L1, L2 und L3 übertragen. In 2 kann der Kondensator 104 zwischen dem Knoten zwischen dem Nullpunkt N und dem Relais RL4 und der Masse G angeschlossen sein, um das Gleichtaktrauschen des Nullleiters zu filtern.
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Die Relaissteuerschaltung 3 erfasst, dass die kommerzielle Wechselstromquelle eine 3-Phasen-Stromquelle ist, schaltet die Relais RL2 und RL3 ein, schaltet die Relais RL1, RL4 und RL6 aus und schaltet das Relais RL5 ein, nachdem eine in die PFC-Schaltung 20 eingegebene Spannung einen Spitzenwert erreicht hat. Das Relais RL5 ist ein Relais zum Schützen von Elementen wie dem PFC-Zwischenkreiskondensator 24, wenn ein Einschaltstrom durch die hohe Spannung des Eingangsanschlusses fließt. Bis die Eingangsspannung der PFC-Schaltung 20 den Spitzenwert erreicht, wird das Relais RL5 ausgeschaltet, und eine Eingabe von dem Eingangsanschluss IN1 wird an die PFC-Schaltung 20 über einen Widerstand 11 zugeführt. Nach Erreichen des Spitzenwerts wird das Relais RL5 eingeschaltet, und die Eingabe von dem Eingangsanschluss IN1 wird an die PFC-Schaltung 20 über das Relais RL5, nicht über den Widerstand 11, zugeführt. Das Relais RL5 wird ausgeschaltet, bis der Spannungseingang der PFC-Schaltung 20 den Spitzenwert erreicht, unabhängig davon, ob es sich um eine einzelne Phase oder drei Phasen handelt, und wird nach dem Spitzenwert eingeschaltet.
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Wenn die kommerzielle Wechselstromquelle eine 3-Phasen-Stromquelle ist, sind die Eingangsanschlüsse IN1, IN2 und IN3 jeweils mit den Induktivitäten 25, 26 und 27 verbunden und die PFC-Schaltung 20 arbeitet als eine Boost-PFC mit drei Zweigen. Der durch jede Induktivität 25, 26 und 27 fließende Strom wird gemäß einem Schaltvorgang von jedem des ersten bis dritten Schalterzweigs 21, 22 und 23 an den PFC-Zwischenkreiskondensator 24 übertragen. Beispielsweise ist der Eingangsanschluss IN1 mit der Induktivität 25 verbunden, und die Induktivität 25 und der erste Schalterzweig 21 arbeiten als eine Boost-PFC. Ein Strom fließt in der Induktivität 25 durch die Spannung des Eingangsanschlusses IN1, der in der Induktivität während einer EIN-Periode eines Schalters Q1 fließende Strom lädt den PFC-Zwischenkreiskondensator 24 auf, und ein Strom fließt durch die Induktivität L1 und einen Schalter Q2 während einer AUS-Periode des Schalters Q1 und einer EIN-Periode des Schalters Q2.
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Wenn die kommerzielle Wechselstromquelle eine 3-Phasen-Stromquelle ist, wird das Relais RL4 ausgeschaltet, aber ein PCB-Muster, das einen Nullleiter bildet, ist mit anderen Stromleitungen gekoppelt. Demzufolge kann das Gleichtaktrauschen in dem Nullleiter durch Kopplung auftreten. Das Relais RL4 ist geöffnet, ist aber aufgrund von Strahlungskopplung kein geöffneter Schaltkreis für Rauschen. Im Gegensatz zum Stand der Technik ist in der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ein Ende des Kondensators 104 zwischen dem Nullpunkt N und dem Relais RL4 angeschlossen, und das andere Ende des Kondensators 104 ist mit der Masse G verbunden. Der Kondensator 104 reduziert eine Potentialdifferenz zwischen dem Nullleiter und der Masse G, und die Y-Kondensatorvorrichtung 105 reduziert eine Potentialdifferenz zwischen den drei Stromleitungen 101 bis 103 und der Masse G. Das heißt, da die Potentialdifferenz zwischen dem Nullleiter und der Masse G wie die Potentialdifferenz zwischen den drei Stromleitungen 101 und der Masse G verringert wird, kann das Gleichtaktrauschen in dem Nullleiter gefiltert werden.
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3 stellt ein Schaltbild zum Erläutern eines Betriebs davon dar, wenn eine kommerzielle Wechselstromquelle eine einphasige Stromquelle ist.
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Wie in 3 gezeigt, wird eine einphasige Stromquelle durch die Induktivität L1 an den Eingangsanschluss IN1 übertragen.
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Die Relaissteuerschaltung 3 erfasst, dass die kommerzielle Wechselstromquelle eine einphasige Stromquelle ist, schaltet die Relais RL1, RL4 und RL6 ein, schaltet die Relais RL2 und RL3 aus und schaltet das Relais RL5 ein, nachdem eine in die PFC-Schaltung 20 eingegebene Spannung einen Spitzenwert erreicht hat.
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Das Relais RL1 wird eingeschaltet, so dass der Eingangsanschluss IN1 mit dem ersten Schalterschenkel 21 und dem zweiten Schalterschenkel 22 verbunden ist, ein Strom, der durch die Induktivität L1 fließt, zweigt zu dem ersten und zweiten Schalterschenkel 21 und 22 ab und die ersten und zweiten Schalterzweige 21 und 22 arbeiten in einer verschachtelten Weise.
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Das Relais RL4 wird eingeschaltet, so dass der Nullpunkt N und der dritte Schalterzweig 23 verbunden werden, und das Relais RL6 wird eingeschaltet, so dass die PFC-Schaltung 20 einen verschachtelten Vollbrücken-PFC-Betrieb mit einer Einphasen-Einzelinduktivität-Struktur durchführt. Das heißt, das Relais RL1 wird eingeschaltet, so dass der erste bis dritte Schalterzweig 21 bis 23 eine Stromübertragung durchführen. Der dritte Schalterzweig 23 ist mit dem Nullpunkt N verbunden, und die Induktivität 27 wird deaktiviert, wenn das Relais RL6 eingeschaltet wird.
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Wenn die kommerzielle Wechselstromquelle eine einphasige Stromquelle ist und wenn das Relais RL4 eingeschaltet ist, ist ein Ende des Kondensators 104 mit dem Nullpunkt N und dem Nullpunkt 29 der PFC-Schaltung 20 verbunden, und das andere Ende des Kondensators 104 ist mit der Masse G verbunden. Selbst wenn das Gleichtaktrauschen in dem Nullleiter auftritt, werden die Potentialdifferenz zwischen dem Nullpunkt N und der Masse G der kommerziellen Stromquelle und die Potentialdifferenz zwischen dem Nullpunkt und der Masse G der PFC-Schaltung 20 durch den Kondensator 104 verringert. Das heißt, das Gleichtaktrauschen des Nullleiters kann durch den Kondensator 104 gefiltert werden.
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4A bis 4D stellen Schaltbilder zum Erläutern eines Betriebs einer PFC-Schaltung dar, wenn eine Eingangsstromquelle eine einphasige Stromquelle gemäß einer Ausführungsform ist.
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4A und 4B stellen Strompfade gemäß dem Betrieb des ersten bis dritten Schalterzweigs 21 bis 23 dar, wenn die einphasige Stromquelle, die eine Sinuswelle ist, eine positive Spannung aufweist. 4C und 4D stellen Strompfade gemäß dem Betrieb des ersten bis dritten Schalterzweigs 21 bis 23 dar, wenn die einphasige Stromquelle, die eine Sinuswelle ist, eine negative Spannung aufweist. 4A und 4C stellen Stromversorgungsvorgänge der PFC-Schaltung 20 dar, und 4B und 4D stellen Energierückgewinnungsvorgänge der PFC-Schaltung 20 dar. Wie in FIG. in 4A gezeigt, fließt während einer Periode, in der die Schalter Q1, Q2 und Q6 eingeschaltet sind, ein Strom durch die Induktivitäten 25 und 26, die Schalter Q1 und Q2, die Kondensatoren C1 und C2 und den Schalter Q6 durch eine Spannung der einphasigen Stromquelle. Während dieser Periode werden die Kondensatoren C1 und C2 mit Strom versorgt.
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Dann, wie in 4B gezeigt, fließt während einer Periode, wenn die Schalter Q4, Q5 und Q6 eingeschaltet sind, ein Strom durch die Induktivitäten 25 und 26 und die Schalter Q4, Q5 und Q6 durch eine Spannung der einphasigen Stromquelle. Während dieser Periode wird ein Energierückgewinnungsvorgang durchgeführt, bei dem Energie in den Induktivitäten 25 und 26 gespeichert wird.
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Wie in 4C gezeigt, fließt während einer Periode, in der die Schalter Q3, Q4 und Q5 eingeschaltet sind, ein Strom durch den Schalter Q3, die Kondensatoren C1 und C2, die Schalter Q4 und Q5 und die Induktivitäten 25 und 26 durch die Spannung der einphasigen Stromquelle. Während dieser Periode werden die Kondensatoren C1 und C2 mit Strom versorgt.
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Dann, wie in 4D gezeigt, fließt während einer Periode, wenn die Schalter Q1, Q2 und Q3 eingeschaltet sind, ein Strom durch die Induktivitäten 25 und 26 und die Schalter Q1, Q2 und Q3 durch die Spannung der einphasigen Stromquelle. Während dieser Periode wird ein Energierückgewinnungsvorgang durchgeführt, bei dem Energie in den Induktivitäten 25 und 26 gespeichert wird.
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Wenn eine Fahrstrecke mit einer einzigen Ladung eines Elektrofahrzeugs erhöht wird, ist eine Erhöhung der Batteriekapazität erforderlich. Demzufolge ist für ein Bordladegerät (OBC) ein Laden mit großer Kapazität erforderlich, wodurch eine Erhöhung der Ladeleistung erforderlich ist.
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Ein herkömmliches Ladegerät weist eine zweistufige Struktur aus einer PFC-Schaltung und einem DC/DC-Wandler auf und kann nur unter einer einphasigen Eingangsleistungsbedingung betrieben werden. Um ein Laden in einer dreiphasigen Leistungseingangsbedingung zu realisieren, sollten die mit jeder Phase der dreiphasigen Stromquelle verbundenen Ladegeräte dreiparallel geschaltet werden. Dann erhöht sich die Schaltungskomplexität davon, was zu einer Erhöhung der Materialkosten und des Volumens/Gewichts führt. Ein Ladegerät, das nur eine mit einem Aufwärtswandler realisierte PFC-Schaltung umfasst, weist eine einfache Schaltungsstruktur auf, aber ein normales Laden ist unmöglich, wenn eine erforderliche Batteriespannung davon niedriger als eine Eingangsspannung davon ist. Ein Ladegerät vom Buck-Boost-Typ kann einen Ladevorgang in einer gesamten Periode einer Ausgangsspannung durchführen, die von einer Batterie benötigt wird, aber seine Steuerung ist kompliziert und es gibt einen Abschnitt, in dem eine AC-Eingangsspannung im Vergleich zu der Ausgangsspannung niedrig ist, so dass eine Leistungsfaktor- (Power Factor - PF) Charakteristik nachteilig ist, und da der Aufwärtswandler direkt mit der Batterie verbunden ist, wird eine hohe Welligkeit des Ausgangsstroms an die Batterie angelegt, was die Lebensdauer der Batterie und die Wärmeerzeugung nachteilig beeinflusst.
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Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen eine Ladevorrichtung, umfassend ein Relaisnetzwerk zum Umwandeln einer PFC-Schaltung in ein Ladesystem, das gemäß verschiedenen Wechselstrombedingungen optimiert ist, das heißt verschiedenen Strombedingungen für jedes Land. Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können eine Ladevorrichtung bereitstellen, die einen Ladevorgang mit hoher Ladeeffizienz gemäß einem weiten Bereich von Eingangsstromquellen und einem weiten Bereich von Batterieladespannungen durchführen kann und eine einfachere Schaltungsstruktur als die im Stand der Technik aufweisen kann.
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Im Falle des Standes der Technik, bei dem das OBC für den dreiphasigen Eingang ausgelegt ist, ist es schwierig, ausreichend Ladeleistung für den einphasigen Eingang zu erzeugen und zuzuführen. Beispielsweise könnte das herkömmliche OBC für den einphasigen Eingang nur 3,6 kW Ladeleistung liefern. Die Ladevorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform kann jedoch die an die Leistungsumwandlungsschaltung 30 zugeführte Anschlussspannung unter Verwendung der PFC-Schaltung 20 des 3-Phasen-3-Zweig-Wechselrichtertyps anpassen bzw. einstellen. Demzufolge kann die Ladevorrichtung 1 selbst für den einphasigen Eingang eine ausreichende Ladeleistung (beispielsweise 7,2 kW) an die Batterie 40 zuführen.
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Da die Ladevorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform darüber hinaus die Anschlussspannung einstellen kann, kann das Verhältnis der Windungszahl, das ein Verhältnis zwischen der Windungszahl auf einer Seite und der Windungszahl auf der anderen Seite der Transformatoren TR1 und TR2 ist, nahe 1:1 ausgelegt werden. Dadurch kann die Ladevorrichtung 1 eine Last durch das mit dem Eingangsanschluss der Ladevorrichtung 1 verbundene Stromversorgungssystem von der Batterie 40 in einer Stromversorgungsrichtung (im Folgenden Vorwärtsrichtung) zum Laden der Batterie 40 und einer entgegengesetzten Richtung (im Folgenden Rückwärtsrichtung) mit Strom versorgen. Die Last kann eine dreiphasige Last oder eine einphasige Last sein.
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Im Folgenden wird der Betrieb, bei dem die Ladevorrichtung 1 Strom von der Batterie 40 an die Last zuführt, unter Bezugnahme auf die 5 bis 7 beschrieben.
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5 stellt eine Zeichnung zum Erläutern eines Betriebs dar, wenn eine Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform eine dreiphasige Last in einer umgekehrten Richtung mit Strom versorgt.
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Jeweilige Phasen einer dreiphasigen Last 50 sind in 5 als drei Induktivitäten 51 bis 53 gezeigt. Die Induktivität 51 ist zwischen dem Eingangsanschluss IN1 und dem Nullpunkt N angeschlossen, die Induktivität 52 ist zwischen dem Eingangsanschluss IN2 und dem Nullpunkt N angeschlossen und die Induktivität 53 ist zwischen dem Eingangsanschluss IN3 und dem Nullpunkt N angeschlossen. In 5 ist die dreiphasige Last 50 als drei Induktivitäten 51 bis 53 gezeigt, aber die vorliegende Erfindung ist nicht darauf beschränkt. Jede Last der dreiphasigen Last 50 kann als ein Widerstand, eine Induktivität oder ein Kondensator oder eine Kombination aus zumindest zwei davon realisiert sein.
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Verglichen mit 1 werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Komponenten angegeben und doppelte Beschreibungen werden unten weggelassen.
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Die Relaissteuerschaltung 3 kann eine mit der Vielzahl von Eingangsanschlüssen IN1 bis IN3 verbundene Last erfassen, um zu bestimmen, ob die Last eine dreiphasige Last oder eine einphasige Last ist. Wenn die mit der Vielzahl von Eingangsanschlüssen IN1 bis IN3 verbundene Last eine 3-Phasen-Last ist, kann die Relaissteuerschaltung 3 die Relaissteuersignale RLS2 und RLS3 zum Einschalten der Vielzahl von Relais RL2 und RL3 und die Relaissteuersignale RLS1, RLS4 und RLS6 zum Ausschalten der Vielzahl von Relais RL1, RL4 und RL6 erzeugen, um sie der Vielzahl von Relais RL1, RL4 und RL6 zuzuführen. In diesem Fall kann die Relaissteuerschaltung 3 das Phasenerfassungssignal SL erzeugen, das die drei Phasen zusammen angibt, um es an die Leistungssteuerschaltung 4 zu übertragen. Die Relaissteuerschaltung 3 schaltet das Relais RL5 zu einem Zeitpunkt ein, wenn eine vorgegebene Periode seit dem Beginn des umgekehrten Ladevorgangs verstrichen ist.
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Der positive Anschluss (+) und der negative Anschluss (-) der Batterie 40 sind mit den zwei Ausgangsanschlüssen OUT1 und OUT2 verbunden, und Strom wird von der Batterie 40 an die Leistungsumwandlungsschaltung 30 durch die zwei Ausgangsanschlüsse OUT1 und OUT 2 zugeführt. Zuerst wird ein Betrieb beschrieben, bei dem Strom von der Batterie 40 an die PFC-Schaltung 20 durch die Leistungsumwandlungsschaltung 30 zugeführt wird. Nur einer von dem DC-DC-Wandler 31 und dem DC-DC-Wandler 32 kann den Stromversorgungsvorgang durchführen. Beispielsweise wird ein Betrieb beschrieben, bei dem der DC-DC-Wandler 31 Strom von der Batterie 40 an die PFC-Schaltung 20 zuführt. In diesem Fall können die Schalter P5 bis P8 des DC-DC-Wandlers 32 durch Dioden ersetzt werden.
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Die Spannung zwischen dem positiven Anschluss (+) und dem negativen Anschluss (-) der Batterie 40 wird als die Eingangsspannung des DC-DC-Wandlers 31 zugeführt. Wenn der DC-DC-Wandler 31 die Eingangsspannung in Rückwärtsrichtung umwandelt und sie der PFC-Schaltung 20 zuführt, werden alle Schalter T1 bis T4, die auf einer Seite angeordnet sind, ausgeschaltet. Gemäß dem Schaltvorgang der auf der anderen Seite angeordneten Schalter T5 bis T8 wird ein Strompfad durch Body-Dioden der auf der einen Seite angeordneten Schalter gebildet.
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Beispielsweise fließt während der Ein-Periode der Schalter T5 und T8 und der Aus-Periode der Schalter T6 und T7 ein in der anderen Seite des Transformators TR1 fließender Resonanzstrom durch die Schalter T5 und T8 und Strom wird an eine Seite des Transformators TR1 übertragen. In diesem Fall fließt der Strom durch die Body-Dioden der Schalter T1 und T4, so dass Strom an die PFC-Schaltung 20 zugeführt wird. Dann gibt es eine Totzeit, in der alle Schalter T5 bis T8 ausgeschaltet sind. Nach der Totzeit fließt während der Ein-Periode der Schalter T6 und T7 und der Aus-Periode der Schalter T5 und T8 ein in der anderen Seite des Transformators TR1 fließender Resonanzstrom durch die Schalter T6 und T7 und Strom wird an eine Seite des Transformators TR1 überragen. In diesem Fall fließt der Strom durch die Body-Dioden der Schalter T2 und T3, sodass Strom an die PFC-Schaltung 20 zugeführt wird. Dann gibt es die Totzeit, in der alle Schalter T5 bis T8 ausgeschaltet sind. Dieser Vorgang wird wiederholt, so dass Strom von der Batterie 40, die mit der anderen Seite der Leistungsumwandlungsschaltung 30 verbunden ist, an die PFC-Schaltung 20 zugeführt wird, die mit der einen Seite der Leistungsumwandlungsschaltung 30 verbunden ist.
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Der PFC-Zwischenkreiskondensator 24 kann mit der von dem DC-DC-Wandler zugeführten Energie geladen werden, und kann die in die PFC-Schaltung 20 eingegebene Spannung glätten. Die PFC-Schaltung 20 kann der dreiphasigen Last 50 gemäß dem Schaltvorgang des ersten bis dritten Schalterzweigs 21 bis 23 Wechselstrom zuführen. Beispielsweise steuert die Leistungssteuerschaltung 4 die PFC-Schaltung 20 derart, dass sie gemäß dem Phasenerfassungssignal SL als Dreiphasen-Wechselrichter arbeitet. Das heißt, der erste bis dritte Schalterzweig 21 bis 23 führen Schaltvorgänge mit einer Phasendifferenz von 120 Grad durch, und die Schaltvorgänge der zwei Schalter (zum Beispiel Q1 und Q4) in jedem des ersten bis dritten Schalterzweigs 21 an 23 sind komplementäres Schalten mit einer Phasendifferenz von 180 Grad. Der Betrieb des Dreiphasen-Wechselrichters stellt eine bekannte Technologie dar, so dass eine detaillierte Beschreibung davon weggelassen wird.
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Die Rolle des Kondensators 104, wenn die Ladevorrichtung 1 die kommerzielle Dreiphasen-Wechselstromquelle als eine Eingabe empfängt, und die Rolle des Kondensators 104, wenn die Ladevorrichtung 1 Strom an die Dreiphasen-Last 50 als eine Ausgabe zuführt, sind gleich. Der Kondensator 104 reduziert die Potentialdifferenz zwischen dem Nullleiter und der Masse G, und die Y-Kondensatorvorrichtung 105 reduziert die Potentialdifferenz zwischen den drei Stromleitungen 101 bis 103 und der Masse G. Das heißt, da die Potentialdifferenz zwischen dem Nullleiter und der Masse G wie die Potentialdifferenz zwischen den drei Stromleitungen 101 und der Masse G reduziert wird, kann das Gleichtaktrauschen in dem Nullleiter gefiltert werden.
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6 stellt eine Zeichnung zum Erläutern eines Betriebs dar, wenn eine Ladevorrichtung gemäß einer Ausführungsform eine einphasige Last in einer umgekehrten Richtung mit Strom versorgt.
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Eine einphasige Last 60 kann als eines aus einem Widerstand, einer Induktivität oder einem Kondensator oder einer Kombination aus zumindest zwei davon realisiert sein. Verglichen mit 1 werden die gleichen Bezugszeichen für die gleichen Komponenten angegeben und doppelte Beschreibungen werden nachfolgend weggelassen.
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Die Relaissteuerschaltung 3 kann eine mit der Vielzahl von Eingangsanschlüssen IN1 bis IN3 verbundene Last erfassen, um zu bestimmen, ob die Last eine dreiphasige Last oder eine einphasige Last ist. Wenn die mit der Vielzahl von Eingangsanschlüssen IN1 bis IN3 verbundene Last eine einphasige Last ist, kann die Relaissteuerschaltung 3 die Relaissteuersignale RLS1, RLS4 und RLS6 zum Einschalten der Vielzahl von Relais RL1, RL4 und RL6 und die Relaissteuersignale RLS2 und RLS3 zum Ausschalten der Vielzahl von Relais RL2 und RL3 erzeugen, um sie an die Vielzahl von Relais RL1 bis RL6 zuzuführen. In diesem Fall kann die Relaissteuerschaltung 3 das Phasenerfassungssignal SL erzeugen, das die einzelne Phase zusammen angibt, um es an die Leistungssteuerschaltung 4 zu übertragen. Die Relaissteuerschaltung 3 schaltet das Relais RL5 zu einem Zeitpunkt ein, wenn eine vorgegebene Periode seit dem Beginn des umgekehrten Ladevorgangs verstrichen ist.
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Das Verfahren, bei dem der PFC-Schaltung 20 über die Leistungsumwandlungsschaltung 30 Strom zugeführt wird, wird weggelassen, da es das gleiche ist wie die zuvor beschriebene Ausführungsform, bei der die dreiphasige Last damit verbunden ist. Nachfolgend wird der Betrieb der PFC-Schaltung 20 in der Ausführungsform, in der die einphasige Last 60 damit verbunden ist, unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Wie in 7 gezeigt, arbeitet die PFC-Schaltung 20 als ein Einphasen-Wechselrichter.
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Die Rolle des Kondensators 104, wenn die Ladevorrichtung 1 die einphasige kommerzielle Wechselstromquelle als Eingabe empfängt, und die Rolle des Kondensators 104, wenn die Ladevorrichtung 1 Strom an die einphasige Last 60 als eine Ausgabe zuführt, sind gleich. Selbst wenn das Gleichtaktrauschen in dem Nullleiter auftritt, werden die Potentialdifferenz zwischen dem Nullpunkt N und der Masse G der kommerziellen Stromquelle und die Potentialdifferenz zwischen dem Nullpunkt 29 und der Masse G der PFC-Schaltung 20 durch den Kondensator 104 verringert. Das heißt, das Gleichtaktrauschen des Nullleiters kann durch den Kondensator 104 gefiltert werden.
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7 stellt einen Schaltvorgang einer PFC-Schaltung gemäß einer Ausführungsform dar.
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Wie in 7 gezeigt, ist ein Ein-Zustand-Schalter unter den Schaltern Q1 und Q4 des ersten Schalterzweigs 21 in einem „TON1“-Wellenformdiagramm gezeigt, ein Ein-Zustand-Schalter unter den Schaltern Q2 und Q5 des zweiten Schalterzweigs 22 ist in einem „TON2“-Wellenformdiagramm gezeigt, und ein Ein-Zustand-Schalter unter den Schaltern Q3 und Q6 des dritten Schalterzweigs 23 ist in einem „TON3“-Wellenformdiagramm gezeigt. Im einphasigen Lastzustand ist der Schalter Q3 des dritten Schalterzweigs 23 ausgeschaltet und der Schalter Q6 davon eingeschaltet.
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Während einer Periode TP1, in der in dem ersten Schalterzweig 21 der Schalter Q1 eingeschaltet und der Schalter Q4 ausgeschaltet ist, fließt ein Strom in der Induktivität 25 durch die in den PFC-Zwischenkreiskondensator 24 geladene Eingangsspannung. Der Strom der Induktivität 25 fließt durch die Last 60, das Relais RL6 und den Schalter Q6, und die Last 60 wird mit Strom versorgt. Anschließend fließt während einer Periode TP2, in der in dem ersten Schalterzweig 21 der Schalter Q1 ausgeschaltet und der Schalter Q4 eingeschaltet ist, der Strom der Induktivität 25 durch das Relais RL6, den Schalter Q6 und den Schalter Q4. Zwischen den Perioden TP1 und TP2 gibt es eine Totzeit, in der beide Schalter Q1 und Q4 ausgeschaltet sind.
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Während einer Periode TP3, in der in dem zweiten Schalterzweig 22 der Schalter Q2 eingeschaltet und der Schalter Q5 ausgeschaltet ist, fließt ein Strom in der Induktivität 26 durch die in den PFC-Verbindungskondensator 24 geladene Eingangsspannung. Der Strom der Induktivität 26 fließt durch die Last 60, das Relais RL6 und den Schalter Q6, und die Last 60 wird mit Strom versorgt. Anschließend fließt während einer Periode TP4, in der in dem zweiten Schalterzweig 22 der Schalter Q4 ausgeschaltet und der Schalter Q2 eingeschaltet ist, der Strom der Induktivität 25 durch das Relais RL6, den Schalter Q6 und den Schalter Q4. Zwischen den Perioden TP3 und TP4 gibt es eine Totzeit, in der beide Schalter Q2 und Q5 ausgeschaltet sind.
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Die Ladevorrichtung 1 gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform kann die Last mit Strom von der Batterie 40 versorgen. Die Ladevorrichtung 1 gemäß der Ausführungsform kann auf ein Elektrofahrzeug angewendet werden, und die Batterie 40 liefert elektrische Leistung, die zum Betreiben des Elektrofahrzeugs erforderlich ist.
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Ein Laden ist unabhängig von der Nennspannung der Batterie durch die Ladevorrichtung gemäß der Ausführungsform möglich. Darüber hinaus kann die Ladevorrichtung Strom von der Batterie an den Verbraucher (Fahrzug-zu-Last - Vehicle to Load, V2L) oder von der Batterie an das Netz (Fahrzeug-zu-Netz - Vehicle to Grid, V2G) liefern. Da außerdem ein frequenzvariabler Bereich der Ladevorrichtung im Vergleich zu einem Betriebsfrequenzbereich des LLC-Wandlers schmal ist, kann der Transformator in der Größe verringert werden. In der PFC-Schaltung gemäß der Ausführungsform ist eine Strombelastung, die auf den Schalter der PFC-Schaltung ausgeübt wird, unabhängig von einem Aufwärtsverhältnis konstant. Daher kann die Ladevorrichtung gemäß der Ausführungsform in einem hohen Aufwärtsverhältnis realisiert werden.
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Insbesondere wird in der V2G-Realisierung das Verfahren mit variabler Zwischenkreisspannung auf die Ladevorrichtung angewendet, so dass der Ausgangsspannungsbereich, der an das Netz geliefert werden kann, sehr breit ist. Darüber hinaus ändert sich die Resonanzverstärkung des LLC-Wandlers nicht, da das Windungsverhältnis bei der Rückwärts-Stromversorgung und der Vorwärts-Stromversorgung im Wesentlichen gleich ist. Bei der Stromversorgung in Rückwärtsrichtung kann eine Spannung von 380 V oder höher ohne separaten Wandler auf der Lastseite zugeführt werden.
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Außerdem umfasst der AC-Eingangsfilter gemäß der Ausführungsform ferner den Kondensator, der zwischen dem Nullpunkt und der Masse angeschlossen ist, und die Kondensatoren der Y-Kondensatorvorrichtung sind näher an dem Eingangsanschluss als das Relais angeschlossen, so dass dies möglich ist, die Erhöhung der Anzahl von Elementen entsprechend der Erhöhung der Anzahl von Stufen zu minimieren.
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Während diese Erfindung in Verbindung mit dem beschrieben worden ist, was gegenwärtig als praktische Ausführungsformen erachtet werden, versteht es sich, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegensatz dazu vorgesehen ist, dass verschiedene Abänderungen/Modifikationen und äquivalente Anordnungen abgedeckt sind, die innerhalb der Lehre und des Umfangs der beigefügten Ansprüche umfasst sind.
