專利名稱：用于形成充電電路的方法及設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及利用多相電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路為混合動(dòng)力車輛生成電池充電電流。更具體地，本發(fā)明利用開關(guān)磁阻電機(jī)控制器來驅(qū)動(dòng)開關(guān)磁阻電機(jī)并實(shí)施電池充電器的轉(zhuǎn)換器電路。
背景技術(shù)：
本領(lǐng)域技術(shù)人員已知電池充電電路和電機(jī)驅(qū)動(dòng)電路具有很多通用零件。本領(lǐng)域中利用了各種將電池充電器和電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器進(jìn)行組合以消除多余部件并由此降低成本和重量的方法。為了實(shí)施電池充電功能，每種已知方法均需要電機(jī)控制電子裝置之外的額外部件。在典型的電池充電器中，對交流(AC)輸入進(jìn)行整流以產(chǎn)生直流(DC)電壓。通常， 還利用第二級直流轉(zhuǎn)換器來產(chǎn)生正確的電池充電電壓。在這種布置中，交流電源電流具有大的峰值，這種大的峰值使功率因數(shù)(實(shí)際功率對視在功率的比率)減小。這限制了可從交流輸入中汲取的功率量。可以通過采用升壓電路來迫使交流輸入電流達(dá)到單位功率因數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
公開了一種將兩個(gè)或更多個(gè)半導(dǎo)體H橋與電磁機(jī)的繞組合并的電池充電電路，其中，電磁機(jī)跨過該多個(gè)H橋連接，并且交流電源的每個(gè)線路均連接至H橋的開關(guān)節(jié)點(diǎn)。以此方式，電動(dòng)機(jī)控制電路的元件也被用于電池充電電路，并且能夠被控制以從交流源汲取功率因數(shù)經(jīng)校正的電流。本發(fā)明的這些及其它特征可以通過以下的說明書及附圖得到最佳的理解，下面為附圖的簡要說明。




圖I示出了兩個(gè)相鏈接的單級升壓轉(zhuǎn)換器。
圖2示出了三相功率因數(shù)校正(PFC)升壓轉(zhuǎn)換器。
圖3示出了被配置為使用漏電感來提供功率因數(shù)校正的SR電機(jī)/電機(jī)控制器。 圖4不出了非對稱H橋。
圖5示出了連接至三個(gè)非對稱H橋的三相SR電機(jī)以及三相交流源。
圖6示出了連接至三個(gè)非對稱H橋的三相SR電機(jī)以及單相交流源。
具體實(shí)施例方式圖I示出了兩個(gè)相鏈接的單級升壓轉(zhuǎn)換器20、22，各自位于交流電源30的一側(cè)。 電感器51、二極管52和晶體管53形成了附接到交流電源30的電源側(cè)的升壓轉(zhuǎn)換器電路 20，而電感器61、二極管62和晶體管63形成了附接到交流電源30的電中性側(cè)的升壓轉(zhuǎn)換器22，。當(dāng)交流電源30的電源側(cè)相對于電中性為正時(shí)，第一升壓轉(zhuǎn)換器20在功率因數(shù)校正(PFC)模式下操作，以便產(chǎn)生電池充電電流。當(dāng)交流電源30相對于電中性為負(fù)時(shí)，根據(jù)已知的PFC技術(shù)來切換第二升壓轉(zhuǎn)換器22，由此產(chǎn)生電池充電電流。控制器40感測線路電壓、 至少一個(gè)線路電流以及電池電壓，以便允許實(shí)施PFC充電功能。線路濾波器50用于對來自交流電源30的開關(guān)頻率進(jìn)行濾波。用于進(jìn)行這種操作的方法和技術(shù)在本領(lǐng)域中是已知的。圖2示出了并入多個(gè)升壓轉(zhuǎn)換器的三相PFC升壓轉(zhuǎn)換器系統(tǒng)100。交流源120的每個(gè)線路均具有電感器150、152、154、低側(cè)開關(guān)160、162、164及高側(cè)開關(guān)170、172、174，從而對于每相形成一個(gè)升壓電路。高側(cè)開關(guān)170、172、174及低側(cè)開關(guān)160、162、164中的每一個(gè)均為半導(dǎo)體開關(guān)。六個(gè)開關(guān)160、162、164、170、172、174的集合形成了根據(jù)已知技術(shù)來驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)的三相逆變器。存在若干種用于開關(guān)三相逆變器100以便產(chǎn)生三相功率因數(shù)校正、同時(shí)生成電池充電電流的方法。通過控制器140感測至少兩個(gè)線路電流132、134、線路電壓136及電池電壓138，以便適當(dāng)?shù)貙?shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。多相交流電機(jī)具有漏電感，并且該漏電感可用于實(shí)施三相PFC電池充電電路的電感器。圖3示出了實(shí)施這一特征的系統(tǒng)。通過二極管橋232對交流電源230進(jìn)行整流，以形成中間未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓234。未經(jīng)穩(wěn)壓的直流電壓234、相繞組240、242、開關(guān)264以及與晶體管261對應(yīng)的二極管形成了(如圖I中的)升壓電路，該升壓電路用作PFC電池充電電路。可替選地，相繞組240和244、開關(guān)266以及與晶體管261對應(yīng)的二極管可以實(shí)施升壓功能。二極管橋232添加了可能增加整個(gè)逆變器/電池充電器組合的成本及空間的部件。開關(guān)磁阻(SR)電機(jī)屬于多相電機(jī)的類別，其中相繞組通常不是互連的。用于驅(qū)動(dòng) SR電機(jī)的電源開關(guān)結(jié)構(gòu)通常異于與其它多相電機(jī)一起使用的標(biāo)準(zhǔn)三相橋。圖4示出了用于驅(qū)動(dòng)SR電機(jī)的每個(gè)相的非對稱H橋300。在H橋300中，絕緣柵雙極晶體管(IGBT) 351 連接至直流電壓312的正側(cè)310，并被稱為高側(cè)開關(guān)。IGBT 352連接至直流電壓312的負(fù)側(cè)或返回側(cè)314，并被稱為低側(cè)開關(guān)。根據(jù)應(yīng)用，高側(cè)310IGBT 351和低側(cè)314IGBT 352 可以是多種類型的晶體管。二極管361和362用于有功電流控制期間的“續(xù)流”(free wheeling)操作。二極管363和364提供了對返回直流源312的相能量的快速釋放以及“硬斬波”(hardchopping)。晶體管351、二極管361和二極管363共同成為高側(cè)支路320,而晶體管352、二極管362和二極管364共同成為低側(cè)支路330。相繞組在每個(gè)支路的中點(diǎn)322、 332處連接至每個(gè)支路，中點(diǎn)322、332被稱為開關(guān)節(jié)點(diǎn)322、332。對于電機(jī)操作，一個(gè)相使用一個(gè)電流傳感器340。圖5示出了連接至三個(gè)非對稱H橋422、424、426的三相SR電機(jī)410。三個(gè)非對稱H橋422、424、426，三相電機(jī)410，直流電壓源430，總線電容器432，電流傳感器440、442、 444，以及總線電壓傳感器446的這種連接形成了 SR電機(jī)控制器400。為了用電機(jī)控制器400實(shí)施電池充電電路，三相交流電源450的每個(gè)支路452、 454、456被連接至每個(gè)對應(yīng)的高側(cè)支路的開關(guān)節(jié)點(diǎn)462、464、466。這樣，每個(gè)H橋422、424、 426的低側(cè)支路用作使用SR電機(jī)相412、414、416作為升壓電感器的升壓轉(zhuǎn)換器。以下描述的是利用三相源450的操作示例，三相源450具有一個(gè)正的相輸出452 以及兩個(gè)負(fù)的相輸出454、456。當(dāng)接通低側(cè)IGBT 482時(shí)，能量被存儲(chǔ)在電機(jī)相412的磁場中。當(dāng)斷開低側(cè)IGBT 482時(shí)，升壓功能電流流過二極管492、電池430、二極管493和495， 并流向交流源450。使用已知的PFC方法在全部三個(gè)非對稱H橋422、424、426中實(shí)施上述開關(guān)，以在交流電源452、454、456中產(chǎn)生與線路電壓同相的正弦電流。相電流傳感器440、 442、444向控制器470提供線路電流反饋。此外，電池電壓傳感器446是SR電機(jī)控制器470 的一部分。添加相電壓傳感器472以使線路電流440、442、444的相與線路電壓匹配?；蛘?， 具有這種配置的SR電機(jī)控制器包括所有的電機(jī)控制及電池充電電路。如同所有附接至高頻開關(guān)電路的交流電源上的那樣，包括線路濾波器474。假設(shè)峰值相間電壓小于電池電壓，則可以使用任意電壓來生成充電電流，然而最普遍的是單相110或220伏插座。圖6示出了用于實(shí)施上文參照圖5描述的PFC電池充電電路的單相連接。如圖6中所示，當(dāng)交流電源530為正時(shí)，第一相520的低側(cè)支路用作升壓轉(zhuǎn)換器。當(dāng)接通低側(cè)開關(guān)582時(shí)，電流從交流電源530流過相繞組512，通過二極管593返回交流電源530的不帶電側(cè)，并在相繞組512的磁場中存儲(chǔ)能量。當(dāng)斷開低側(cè)開關(guān)582時(shí)， 相繞組512中的磁場塌縮，由此產(chǎn)生添加到交流電源電壓530和正向偏置的二極管592的電壓。然后，電流流過電池550，并再次通過二極管593返回交流電源530的不帶電側(cè)。由于高側(cè)開關(guān)581斷開并且二極管591被反向偏置，因此高側(cè)支路并不傳導(dǎo)電流。當(dāng)交流電源變?yōu)樨?fù)時(shí)，利用相支路I和4。當(dāng)接通低側(cè)開關(guān)584時(shí)，電流在二極管 591提供返回路徑的情況下，流過第二相522。然后，當(dāng)斷開低側(cè)開關(guān)584時(shí)，反激電流流過二極管594、電池550，并通過二極管591返回交流電源530。SR橋的圖6所示的單相連接包括實(shí)施電機(jī)控制功能和電池充電電路兩者所必需的部件。如同三相情況中的那樣，進(jìn)一步包括線路電壓傳感器560和交流電源濾波器562。盡管已公開了示例實(shí)施例，然而本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)認(rèn)識到，在本公開的范圍內(nèi)可以出現(xiàn)某些修改。出于該原因，應(yīng)研究所附權(quán)利要求來確定本公開的真正范圍及內(nèi)容。
權(quán)利要求
1.一種充電電路，包括多個(gè)半導(dǎo)體H橋，所述H橋中的每一個(gè)均具有多個(gè)開關(guān)節(jié)點(diǎn)；旋轉(zhuǎn)電磁機(jī)，其具有多個(gè)相繞組；交流電流輸入，其能夠從具有一個(gè)或多個(gè)電源相的交流電源接收交流電流；其中，所述電磁機(jī)相繞組中的每一個(gè)均跨越所述H橋中的一個(gè)H橋內(nèi)的所述多個(gè)開關(guān)節(jié)點(diǎn)而被連接；其中，來自所述交流電流輸入的所述電源相中的每一個(gè)被連接至所述開關(guān)節(jié)點(diǎn)中的一個(gè)開關(guān)節(jié)點(diǎn)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的充電電路，其中，所述多個(gè)半導(dǎo)體H橋是電機(jī)控制器的部件。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的充電電路，其中，所述旋轉(zhuǎn)電磁機(jī)是開關(guān)磁阻(SR)電機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的充電電路，其中，所述多個(gè)半導(dǎo)體H橋中的每一個(gè)均為非對稱晶體管/ 二極管型的H橋。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的充電電路，其中，所述交流電流輸入包括能夠接收三相交流電流的交流電流輸入。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的充電電路，其中，所述多個(gè)相繞組中的每一個(gè)都能夠用作功率因數(shù)校正電感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的充電電路，其中，所述交流電流輸入包括能夠接收單相交流電流的交流電流輸入。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的充電電路，其中，所述多個(gè)相繞組中的至少一個(gè)相繞組能夠用作功率因數(shù)校正電感器。
9.一種用于生成充電電路的方法，包括以下步驟接受交流電源輸入；以及操作開關(guān)磁阻(SR)電機(jī)和多個(gè)電機(jī)控制器H橋，并且由此從所述交流電源輸入中生成功率因數(shù)經(jīng)校正的充電電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括使所述交流電源輸入通過所述開關(guān)磁阻電機(jī)內(nèi)的多個(gè)相繞組的步驟。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述交流電源輸入為單相交流電源輸入。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述交流電源輸入為平衡的三相電源輸入。
全文摘要
本發(fā)明利用開關(guān)磁阻電機(jī)控制器的電源電子裝置和開關(guān)磁阻電機(jī)的相繞組構(gòu)成單級升壓轉(zhuǎn)換器，該單級升壓轉(zhuǎn)換器借助交流電源中的功率因數(shù)校正(PFC)能夠?qū)﹄姵爻潆姟?br> 文檔編號H02J7/02GK102593928SQ20121000943
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月12日 優(yōu)先權(quán)日2011年1月12日
發(fā)明者卡爾·克萊斯 申請人:阿文美馳技術(shù)有限責(zé)任公司