脉冲宽度调制谐振转换器及使用其的用于车辆的充电器的制造方法
【专利说明】脉冲宽度调制谐振转换器及使用其的用于车辆的充电器
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求2014年7月4日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请N0.10-2014-0083556的优先权和利益，该申请的全部内容通过该引用结合于此。
技术领域
[0003]本发明涉及一种脉冲宽度调制谐振转换器及使用其的用于车辆的充电器。
【背景技术】
[0004]目前，由于安装在需求快速上升的电动车辆(在下文中，称为“EV”)和可插式混合动力型车辆内的充电器是与车辆的燃料效率直接关联的非常重要的组件，因此对于高效率的需求增加。由于车载型充电器使用商用电力作为输入，商用电力需要在大约90Vrms到265Vrms的输入电压范围中使用，需要具有功率因数提高，并且需要根据电池规格对应于在大约250伏至450V的大范围内的充电电压。
[0005]为了满足该要求，通过功率因数校正(PFC)升压转换器(在下文中，被称为PFC变换器)的两个步骤配置用于EV充电的转换器，该转换器为用于功率因数提高的交流-直流(AC/DC)转换器和配置成将来自PFC转换器的DC电压输出转换成电池充电电压的DC/DC转换器。在转换器之中，DC/DC转换器使用绝缘型变压器以用于绝缘，并且绝缘型DC/DC转换器对充电器的效率具有很大的影响。
[0006]对于用于商业化的EV充电器的DC/DC转换器，主要使用移相全桥(在下文中，被称为“PSFB”)类型的转换器，并且在PSFB型转换器中，软切换在相当低负载处可能是困难的，过度的内部电压施加到次级侧的整流终端以使用具有相当大传导损耗的元件，并且需要用于降低电压浪涌的吸收电路。因此，对于PSFB型转换器，使在最大负载处的效率超过大约92%可能是困难的。
[0007]在这部分中所公开的上述信息仅用于增强对本发明的【背景技术】的理解，因此，它可包括不形成在本国中对本领域技术人员已知的现有技术的信息。
【发明内容】
[0008]本发明提供一种脉冲宽度调制谐振转换器，其降低次级二极管的内部电压并且不管负载如何而零电压切换，以及提供一种使用该脉冲宽度调制谐振转换器的用于车辆的充电器。
[0009]本发明的示例性实施方案提供一种脉冲宽度调制谐振转换器，其可包括:变压器、开关单元和整流单元，其中所述开关单元包括电连接至所述变压器的初级线圈的第一到第四开关，并且可配置成通过第一到第四开关的开关操作将DC电压转换成AC电压，其中当两端之间的电压差大约为0时每个开关从断开状态切换到接通状态；所述整流单元包括输出电容器、电连接至所述变压器的次级线圈的第一到第四二极管，以及具有电连接至所述变压器的次级线圈的谐振电容器和谐振电感器的谐振储能电路。
[0010]具体而言，所述变压器的次级线圈的一端可电连接至第一和第二二极管的接触点，谐振储能电路可电连接在所述变压器的次级线圈的另一端与第三和第四二级管的接触点之间，以及输出电容器可电连接在第一和第四二极管的接触点与第二和第三二极管的接触点之间。
[0011]此外，所述变压器的初级线圈的一端(例如，第一端)可电连接至第一和第二开关的接触点，所述第一和第二开关彼此串联连接，所述变压器的初级线圈的另一端(例如，第二端)可电连接至第三和第四开关的接触点，所述第三和第四开关彼此串联连接。此外，输入电容器可电连接在第一开关和第二开关之间。
[0012]本发明的另一个示例性实施方案提供一种用于车辆的充电器，所述充电器配置成充电将电力供应至车辆的电动发电机的高压电池和将电力供应至车辆的电场的低压电池，所述充电器包括:AC/DC转换器、第一转换器和低压电源单元，其中所述AC/DC转换器配置成将输入AC电压转换成DC电压；所述第一转换器包括形成于变压器的初级侧的多个开关，和形成于所述变压器的次级侧的谐振电感器和谐振电容器，并且配置成通过调节从AC/DC转换器输出的DC电压的电平产生用于充电高压电池的第一电压；所述低压电源单元配置成通过将第一转换器的输出电压或高压电池的输出电压设置为第一固定电压并且基于所述第一固定电压逐步减低输出电压来产生用于充电低压电池的第二电压。
[0013]具体而言，低压电源单元可包括固定电压发生器和低压DC/DC转换器，其中所述固定电压发生器配置成通过第一固定电压维持所述第一转换器的输出电压或高压电池的输出电压，所述低压DC/DC转换器配置成在通过调节占空比将从固定电压发生器输出的第一固定电压转换成第二电压之后，通过第二电压充电低压电池。此外，固定电压发生器可包括第一开关、二极管和电感器，其中所述第一开关电连接至所述第一转换器的输出终端和所述高压电池的一端(例如，第一端)，所述二极管电连接至第一开关和高压电池的另一端(例如，第二端)，以及所述电感器电连接至所述第一转换器的输出终端和所述高压电池的一端。
[0014]在高压电池可被充电的第一模式下，所述第一开关处于接通状态，以及在低压电池可被充电的第二模式中，所述第一开关、二极管和电感器可被配置成作为降压型DC/DC转换器进行操作。此外，所述固定电压发生器可进一步包括第二开关，所述第二开关并联连接至所述第一开关并且电连接至所述第一转换器的输出终端和所述高压电池的一端。具体而言，在高压电池可被充电的第一模式下，所述第二开关可处于接通状态，以及在低压电池可被充电的第二模式中，所述第二开关可处于断开状态，并且第一开关、二极管和电感器可配置成作为降压型DC/DC转换器进行操作。
[0015]同时，低压电源单元可被配置成在车辆停止时基于所述第一转换器的输出电压维持第一固定电压，并且在车辆行驶时基于高压电池的输出电压维持第一固定电压。根据本发明的示例性实施方案的脉冲宽度调制(PWM)谐振转换器的优点在于，连接至变压器的初级侧的多个开关可利用初级侧的磁化电感执行零电压切换以最小化开关损失，并且当电流在次级侧流动时，谐振电流通过谐振电感器和谐振电容器流动以减小连接至次级侧的二极管的内部压力。而且，本发明的优点在于，低压DC/DC转换器可被配置成更稳定地接收固定电压，而不管高压电池的输出电压如何变化。
【附图说明】
[0016]现将参照由所附附图显示的本发明的某些示例性实施例来详细描述本发明的以上和其他特征，这些附图在下文中仅以显示的方式给出，因而对本发明是非限制性的，在这些附图中:
[0017]图1为示出了根据本发明的示例性实施方案的EV充电系统的示例图；
[0018]图2为示出了根据本发明的示例性实施方案的PWM谐振转换器和低压电源单元的示例图；
[0019]图3A和3B、图4、图5A和5B、图6、图7A和7B、图8、图9A和9B以及图10为示出了根据本发明的示例性实施方案的PWM谐振转换器的操作的示例图，其中图3A表示模式1，图3B表不模式2，图5A表不模式3，图5B表不模式4，图7A表不模式5，图7B表不模式6，图9A表不模式7，图9B表不模式8 ；以及
[0020]图11和12为示出了根据本发明的示例性实施方案的模拟结果的示例图，
[0021]符号描述:
[0022]100 PWM谐振转换器
[0023]200低压电源单元
[0024]300高压电池
[0025]400低压电池
[0026]220固定电压发生器
[0027]240低压DC/DC转换器
[0028]120开关单元
[0029]140整流单元。
【具体实施方式】
[0030]应当理解，此处所使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语一般包括机动车辆，例如包括运动型多用途车辆(SUV)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的乘用汽车，包括各种舟艇、船舶的船只，航空器等等，并且包括混合动力车辆、电动车辆、可插式混合动力电动车辆、氢动力车辆以及其它替代性燃料车辆(例如源于非汽油的能源的燃料)。正如此处所提到的，混合动力车辆是具有两种或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力两者的车辆。
[0031]虽然示例性实施例被描述为利用多个单元以执行示例性过程，应当理解的是，示例性过程还可通过一个或多个模块来执行。此外，应当理解的是，术语控制器/控制单元指的是包括存储器和处理