專利名稱：對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備。
背景技術(shù)：
通常，當電動車行進時，用作電動車中的主電源的電池對充電電壓進行放電，從而應該在經(jīng)過預定時間行進預定距離后必須對電池進行充電。主要根據(jù)系統(tǒng)或充電電流分類類型來對給作為電動汽車主電源的電池進行充電的方法進行分類。系統(tǒng)分類方法被分成車上(on-board)型和車下(off-board)型，在所述車上型中，充電設(shè)備被包括在電動車中，而所述車下型使用獨立地安裝在外部的充電設(shè)備。另外，充電電流類型被分成普通充電型和快速充電型，所述普通充電型以20A或更小的電流用較長的時間周期執(zhí)行充電，所述快速充電型以30A或更大的電流用較短的時間周期執(zhí)行充電。通常，普通充電型使用安裝在車上的車上充電設(shè)備，而快速充電型使用獨立地安裝在外部的車下充電設(shè)備。在上述電動車的充電類型中，車上充電設(shè)備被配置為包括功率因數(shù)校正電路、功率因數(shù)校正電路控制器、DC-DC轉(zhuǎn)換器和充電控制器。在該配置中，功率因數(shù)校正電路控制器感測從功率因數(shù)校正電路輸出的電壓和電流，以執(zhí)行對功率因數(shù)校正電路的開關(guān)裝置的開關(guān)控制，從而維持功率因數(shù)。在上述充電設(shè)備中，當電池狀態(tài)從被提供有大量電能的重負載狀態(tài)(具有小的阻抗值)變到相差很大的被提供有少量電能的輕負載狀態(tài)(具有大的阻抗值)時，需要在寬的負載區(qū)域內(nèi)有高效率。然而，在根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的充電設(shè)備中，由于功率因數(shù)校正電路控制器通過使用脈寬調(diào)制方案來切換功率因數(shù)校正電路的開關(guān)裝置，該開關(guān)裝置在輕負載狀態(tài)中具有與重負載狀態(tài)相同的開關(guān)頻率，而功率因數(shù)校正電路中的功率消耗相對較大，從而比起重負載，對于輕負載更明顯地降低了功率轉(zhuǎn)換效率。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明已被作出，以致力于提供一種對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備， 該充電設(shè)備能夠通過感測電池的負載狀態(tài)，以利用比重負載狀態(tài)中的開關(guān)頻率相對較低的開關(guān)頻率來操作開關(guān)裝置，從而提高功率轉(zhuǎn)換效率(功率因數(shù))。根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，提供了一種對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備，包括AC-DC轉(zhuǎn)換器，用于接收AC電能并將該AC電能轉(zhuǎn)換成DC電能并輸出DC電能；功率因數(shù)校正電路，包括開關(guān)裝置，用于通過開關(guān)裝置的開關(guān)操作來校正從AC-DC轉(zhuǎn)換器輸出的DC電能的功率因數(shù)，并輸出DC電能；DC-DC轉(zhuǎn)換器，用于將從功率因數(shù)校正電路輸出的DC電能轉(zhuǎn)換成用于給電池充電的DC電能，并輸出經(jīng)轉(zhuǎn)換的DC電能；以及功率因數(shù)校正電路控制器，用于當通過根據(jù)從功率因數(shù)校正電路輸出的DC電能來調(diào)制脈沖信號的脈寬而對功率因數(shù)校正電路的開關(guān)裝置執(zhí)行開關(guān)控制時，通過根據(jù)從電池管理系統(tǒng)輸出的電池的負載狀態(tài)而改變脈沖信號的頻率來執(zhí)行所述開關(guān)控制。功率因數(shù)校正電路控制器可以改變脈沖信號的頻率，從而與電池的負載狀態(tài)處于輕負載狀態(tài)的情況相比，在重負載狀態(tài)中具有相對較低的開關(guān)頻率。功率因數(shù)校正電路控制器可以包括脈寬調(diào)制器，用于輸出脈沖信號，該脈沖信號的脈寬被調(diào)制以對功率因數(shù)校正電路的開關(guān)裝置執(zhí)行開關(guān)控制；以及脈沖頻率調(diào)制器，用于根據(jù)從電池管理系統(tǒng)輸出的電池的負載狀態(tài)來改變從脈寬調(diào)制器輸出的脈沖信號的頻率，以對開關(guān)裝置執(zhí)行開關(guān)控制。脈沖頻率調(diào)制器可以包括比較器，用于接收輸出電壓和來自電池管理系統(tǒng)的相對于負載狀態(tài)的參考電壓，以比較輸入信號并將其輸出；晶體管，具有連接到電能電壓的第一端、以及連接到接地電壓的第二端及第三端；電容器，并聯(lián)連接在晶體管的第一端和第二端之間；鎖存器，連接到比較器的輸出端和晶體管的第一端，用于輸出頻率改變的脈沖信號；以及延遲器，用于對頻率改變的脈沖信號進行延遲，以將該脈沖信號提供給晶體管的第
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二兄而。對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備可以包括濾波器單元，用于接收AC電能，以移除高頻成分并將該AC電能輸出到AC-DC轉(zhuǎn)換器。對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備還可以包括充電濾波器單元，用于接收從DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出的DC電能，以移除高頻成分并將該DC電能輸出給電池。AC-DC轉(zhuǎn)換器可以包括橋式全波整流電路，在該橋式全波整流電路中四個二極管被以橋式方案連接。功率因數(shù)校正電路可以包括電感器，串聯(lián)連接到AC-DC轉(zhuǎn)換器的一端；阻流二極管，以朝向負載端的正向方向串聯(lián)連接到電感器，以阻止反向電流；開關(guān)晶體管，具有連接到電感器的輸出端的第一端和連接到AC-DC轉(zhuǎn)換器的另一端的第二端，用于通過根據(jù)開關(guān)控制信號執(zhí)行打開/關(guān)閉操作來執(zhí)行開關(guān)裝置的功能，所述開關(guān)控制信號通過第三端從功率因數(shù)校正電路控制器被施加；以及儲能電容器，該儲能電容器連接在阻流二極管的輸出端與AC-DC轉(zhuǎn)換器的另一端之間。 DC-DC轉(zhuǎn)換器可以包括DC-AC轉(zhuǎn)換器，用于將從功率因數(shù)校正電路輸出的DC電能轉(zhuǎn)換成AC電能；無接觸變壓器，用于增大和減小從DC-AC轉(zhuǎn)換器輸出的AC電能并輸出AC 電能；以及AC-DC轉(zhuǎn)換器，用于將從無接觸變壓器輸出的經(jīng)增大或減小的AC電能轉(zhuǎn)換成用于電池的DC電能，并輸出經(jīng)轉(zhuǎn)換的DC電能。 DC-AC轉(zhuǎn)換器可以包括一對開關(guān)晶體管，具有連接到功率因數(shù)校正電路的輸出側(cè)的一端的第一端、以及連接到無接觸變壓器的兩端中每一端的第二端；另一對開關(guān)晶體管，具有連接到無接觸變壓器的兩端中每一端的第一端、以及連接到功率因數(shù)校正電路的另一側(cè)端的第二端；以及四個反向并聯(lián)二極管，反向連接在每個開關(guān)晶體管的第一端與第二端之間，以防止電流從無接觸變壓器的次級側(cè)繞組回流。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施方式的對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備的框圖；圖2是圖1的對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備的電路圖；圖3是圖2的功率因數(shù)校正電路的連續(xù)電流模式(CCM)的波形圖；圖4是圖2的功率因數(shù)校正電路的斷續(xù)電流模式(DCM)的波形圖；圖5是示出了根據(jù)流入電池的電流Ikjad的變化從功率因數(shù)校正電路控制器輸出的脈沖信號的波形圖；圖6是圖2的DC-DC轉(zhuǎn)換器中生成的波形的示例圖表；以及圖7是圖1的脈沖頻率調(diào)制器的配置圖。
具體實施例方式參考附圖，根據(jù)下面對實施方式的描述，本發(fā)明的各種目的、優(yōu)點和特征將會顯而易見。在本說明書和權(quán)利要求中使用的術(shù)語和詞語不應被解釋為局限于一般的意思或字典定義，而應基于發(fā)明者能夠合適地定義術(shù)語的概念來描述他或她所知道的用于執(zhí)行本發(fā)明的最好方法的規(guī)則，被解釋為具有與本發(fā)明的技術(shù)范圍相關(guān)的意思和概念。根據(jù)下面的詳細說明并結(jié)合附圖，將會更清楚地本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點。在說明書中，對于向整個附圖中的組件添加參考標記，應當注意的是，類似的參考標記指代類似的組件，即使這些組件在不同的附圖中示出。另外，當確定對關(guān)于本發(fā)明的公知技術(shù)的詳細描述可能會使本發(fā)明的要點變得模糊時，則省略對其的詳細描述。下面，將參考附圖詳細描述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施方式的對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備的框圖。參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實施方式的對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備被配置成包括商用電源10、濾波器單元11、AC-DC轉(zhuǎn)換器12、功率因數(shù)校正電路13、 DC-DC轉(zhuǎn)換器14、充電濾波器單元15、開關(guān)單元16、電池17、功率因數(shù)校正電路控制器18、 充電控制器19和電池管理系統(tǒng)(BMS) 20。功率因數(shù)校正電路控制器18被配置成包括脈寬調(diào)制器18-1和脈沖頻率調(diào)制器18-2。在該配置中，商用電源單元10連接到電網(wǎng)電源，以從傳輸線路接收AC電能，并將該AC電能供應給濾波器單元11。濾波器單元11連接到商用電源單元10，以移除從外部輸入的AC電能的不必要的高頻信號的干擾和噪聲，并使所述AC電能經(jīng)過該濾波器單元11。電磁干擾(EMI)濾波器可以被用作濾波器單元11。AC-DC轉(zhuǎn)換器12的輸入端連接到濾波器單元11的輸出端。AC-DC轉(zhuǎn)換器12接收經(jīng)過濾波器單元11的AC電能，將其轉(zhuǎn)換成DC電能并輸出該DC電能。當AC電能經(jīng)過AC-DC轉(zhuǎn)換器12被整流時，功率因數(shù)校正電路(PFC) 13控制功率因數(shù)，以最小化由于AC電能的電流波形與電壓波形之間的相位差而造成的相位損失。接下來，DC-DC轉(zhuǎn)換器14連接到功率因數(shù)校正電路13的輸出端，以接收從功率因數(shù)校正電路13輸出的DC電能，將其轉(zhuǎn)換成適于對電動車進行電池充電的DC電能并輸出該 DC電能。準諧振反激轉(zhuǎn)換器、正向轉(zhuǎn)換器、全橋轉(zhuǎn)換器和半橋轉(zhuǎn)換器等可以被用作DC-DC 轉(zhuǎn)換器14。充電濾波器單元15被連接到DC-DC轉(zhuǎn)換器14，以移除DC電能的不必要的高頻信號的干擾和噪聲，并使所述DC電能經(jīng)過該充電濾波器單元15。可選地提供充電濾波器單元 15。開關(guān)單元16連接在DC-DC轉(zhuǎn)換器14或充電濾波器單元15與電池17之間，以在 DC-DC轉(zhuǎn)換器14或充電濾波器單元15與電池17之間進行電連接或使電連接短路。電池17使用蓄電池來作為對電動車所需電能進行充電和放電的設(shè)備。同時，功率因數(shù)校正電路控制器18連接到功率因數(shù)校正電路13的輸出端，以感測從功率因數(shù)校正電路13輸出的DC值，從而執(zhí)行控制來切換包括在功率因數(shù)校正電路13中的開關(guān)裝置。在這種情況下，功率因數(shù)校正電路控制器18經(jīng)由充電控制器19從電池管理系統(tǒng)20接收負載信息(該負載信息取決于電池充電狀態(tài))，或直接接收關(guān)于電池充電狀態(tài)的負載信息，以在重負載的情況下通過使用脈寬調(diào)制并使用高頻來驅(qū)動功率因數(shù)校正電路 13的開關(guān)裝置(也就是，將頻率變成高頻的同時，使用可變頻率脈寬控制執(zhí)行脈寬控制)， 和在輕負載狀態(tài)下通過使用脈寬調(diào)制并使用低頻來驅(qū)動功率因數(shù)校正電路13的開關(guān)裝置 (也就是，將頻率變成低頻的同時，使用可變頻率脈寬控制執(zhí)行脈寬控制)，從而在減少由于輕負載狀態(tài)下不必要的高開關(guān)頻率造成的開關(guān)損失的同時，保持功率因數(shù)。也就是，功率因數(shù)校正電路控制器18可以通過包括受控方波的脈寬調(diào)制器 (PWM) 18-1和脈沖頻率調(diào)制器(PFM) 18-2來控制脈寬(占空比)和頻率，所述受控方波根據(jù)電池的負載狀態(tài)被施加到功率因數(shù)校正電路13的開關(guān)裝置上。具體地，脈寬調(diào)制(PWM)IS-I包括半導體裝置，并根據(jù)半導體裝置的開關(guān)速度來控制方波型的電壓或電流波形的脈寬。另一方面，脈沖頻率調(diào)制器(PFM) 18-2根據(jù)半導體裝置的開關(guān)速度來控制方波型的電壓或電流波形的頻率。在這種情況下，脈沖頻率調(diào)制器18-1在重負載狀態(tài)下生成和輸出高頻的方波控制信號，并在輕負載狀態(tài)下生成和輸出低頻的方波控制信號，從而在減少由于輕負載狀態(tài)下不必要的高開關(guān)頻率造成的開關(guān)損失的同時，保持功率因數(shù)。在這種情況下，可以首先由脈寬調(diào)制器(PWM)IS-I執(zhí)行脈寬控制，然后可以由脈沖頻率調(diào)制器(PFM) 18-2執(zhí)行頻率控制，或者可以由脈沖頻率調(diào)制器18-2執(zhí)行頻率控制， 然后可以由脈寬調(diào)制器18-1執(zhí)行脈寬控制。通常，當考慮到電池17從重負載狀態(tài)快速地變成輕負載狀態(tài)的趨勢時，更優(yōu)選使用能夠良好地跟蹤這種趨勢的前一方案。同時，充電控制器19感測從DC-DC轉(zhuǎn)換器14輸出的DC值，以控制DC-DC轉(zhuǎn)換器 14。
充電控制器19接收從電池管理系統(tǒng)20傳送的電池17的負載狀態(tài)信息，并將其傳送給功率因數(shù)校正電路控制器18。充電控制器19確定從電池管理系統(tǒng)20傳送的電池17的負載狀態(tài)，以在重負載情況下控制功率因數(shù)校正電路控制器18，從而增大從功率因數(shù)校正電路13輸出的控制信號的頻率，并在輕負載情況下控制功率因數(shù)校正電路控制器18，從而降低從功率因數(shù)校正電路控制器18輸出的控制信號的頻率。另外，充電控制器19從電池管理系統(tǒng)20接收電池17是否連接到充電設(shè)備和充電電壓，從而當充電電壓小于或等于參考值時，通過打開開關(guān)單元16來執(zhí)行充電，以及當充電電壓大于或等于參考值時，關(guān)閉開關(guān)單元16以斷開DC-DC轉(zhuǎn)換器14與電池17之間的電連接。接下來，電池管理系統(tǒng)20在給電池17充電時管理一般操作，并感測電池17的負載狀態(tài)，以將其發(fā)送給充電控制器19或功率因數(shù)校正電路控制器18。如上述所配置的可變頻率控制的充電設(shè)備感測負載狀態(tài)，以在重負載狀態(tài)下利用高頻驅(qū)動功率因數(shù)校正電路13的開關(guān)裝置，并在輕負載狀態(tài)下利用低頻操作功率因數(shù)校正電路13的開關(guān)裝置來降低開關(guān)頻率，進而在減少開關(guān)損失的同時，保持功率因數(shù)。圖2是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實施方式的對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備的框圖。參考圖2，配入本發(fā)明的對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備的濾波器單元 11被配置為包括串聯(lián)連接到商用電源單元10的一端的兩個電感器Lll和L12 ；串聯(lián)連接到商用電源單元10的另一端的兩個電感器L13和L14 ；連接在電感器Lll和L12與地之間的電容器Cl 1 ；以及電感器L13和L14與地之間的電容器C12。 如上所述，濾波器單元11將電感器Ll 1、L12、L13和L14串聯(lián)連接到商用電源單元 10，并將電容器Cll和C12并聯(lián)連接到商用電源單元10，從而移除從外部輸入的AC電能的不必要的高頻信號的干擾和噪聲，并使所述AC電能經(jīng)過該濾波器單元11。在該配置中，濾波器單元11被實施為使得電感器、電容器以及電感器依次相互連接，但濾波器單元11也可以僅由電感器實施，或可以被實施為使得電容器連接到電感器。接下來，AC-DC轉(zhuǎn)換器12被配置成橋式全波整流電路，其中四個二極管D21、D22、 D23和DM被以橋式方案連接，其中橋式全波整流電路對在正向和負向周期性變化的AC電能執(zhí)行全波整流，以將其轉(zhuǎn)換成具有一個方向的全波整流波形的DC電能。具體地，當正電流被施加到橋式全波整流電路的第一端a時，第一和第四二極管 D21和DM被打開以使正電流經(jīng)過，以及當負電流被施加到橋式電路的第二端b時，第二和第三二極管D22和D23被打開以使負電流經(jīng)過。所以，當負載連接在AC-DC轉(zhuǎn)換器12的橋式全波整流電路的兩端之間時，即在第一端a和第二端b之間，經(jīng)過橋式電路的電流一直不斷從第一端a流入第二端b。也就是， 電流的方向一直保持不變。接下來，功率因數(shù)校正電路13包括電感器L31，串聯(lián)連接到AC-DC轉(zhuǎn)換器12的一端；阻流二極管D31，朝向負載端正向連接到電感器L31，從而阻止電流反向流動；開關(guān)晶體管Tr31，其集電極端連接到電感器L31的輸出端，發(fā)射極端連接到AC-DC轉(zhuǎn)換器12的另一端，且基極端連接到功率因數(shù)校正電路控制器18，以根據(jù)從功率因數(shù)校正電路控制器18輸出的可變頻率脈寬控制信號來重復打開/關(guān)閉操作；以及儲能電容器C31，連接在二極管 D31的輸出端與AC-DC轉(zhuǎn)換器12的另一端之間。二極管D32反向并聯(lián)連接在開關(guān)晶體管Tr31的集電極端與發(fā)射極端之間。在上述配置中，功率因數(shù)校正電路13接收從AC-DC轉(zhuǎn)換器12脈動輸出的DC電壓。當開關(guān)晶體管Tr31被打開時，通過使電流從AC-DC轉(zhuǎn)換器12經(jīng)由電感器L31和開關(guān)晶體管Tr31流動，在電感器L31的電磁場中積累電磁能。相反，當開關(guān)晶體管Tr31被關(guān)閉時，通過使電流經(jīng)由電感器L31和阻流二極管D31 流動，電感器L31的電磁能移到儲能電容器C31。功率因數(shù)校正電路13的輸出為由功率因數(shù)校正電路控制器18所控制的儲能電容器C31兩端的DC電壓。如圖3所示，在一段時間周期Ts，電流連續(xù)流經(jīng)電感器L31，這被稱為連續(xù)電流模式(CCM)，以及如圖4所述，在一段時間周期Ts，部分阻止電流連續(xù)流經(jīng)電感器L，這被稱為斷續(xù)電流模式(DCM)。當功率因數(shù)校正電路13以連續(xù)電流模式操作時，如果開關(guān)晶體管Tr31被打開，則電流從AC-DC轉(zhuǎn)換器12流經(jīng)開關(guān)晶體管Tr31，并在電感器L31的電磁場中被積累，如上所述。在此情況下，當來自功率因數(shù)校正電路13的輸出電壓隨著時間而越來越小時，則發(fā)生其中反向電流流經(jīng)電感器L31的斷續(xù)模式。在此情況下，功率因數(shù)校正電路控制器18執(zhí)行控制，以關(guān)閉開關(guān)晶體管Tr31，從而阻止流經(jīng)開關(guān)晶體管Tr31的反向電流。通過改變施加到開關(guān)晶體管Tr31的基極的脈沖(方波)信號的占空比來實施功率因數(shù)校正電路控制器18對開關(guān)晶體管Tr31的控制，這可以被稱為脈寬調(diào)制控制。同時，當給電池17提供電能時，電池17的狀態(tài)從被提供有大量電能的重負載狀態(tài) (具有小的阻抗值)變到相差很大的被提供有少量電能的輕負載狀態(tài)(具有大的阻抗值)， 從而需要在寬的負載區(qū)域內(nèi)有高效率。在此情況下，比起重負載，在輕負載下更明顯地降低了功率轉(zhuǎn)換效率(功率因數(shù))。這是因為在整個功率消耗中，開關(guān)裝置(即，開關(guān)晶體管Tr31)的開關(guān)損失相對增大。在本發(fā)明中，為了根據(jù)電池17的負載狀態(tài)改善功率轉(zhuǎn)換效率降低的情況，通過使用根據(jù)負載狀態(tài)改變開關(guān)周期的頻率調(diào)制方案來控制開關(guān)晶體管Tr31的開關(guān)操作。更具體地描述，當負載阻抗較小(也就是輸出電流較小)時，功率因數(shù)校正電路控制器18減小開關(guān)晶體管Tr31的開關(guān)頻率(即，減小開關(guān)控制信號的脈沖信號的頻率周期)，從而降低由于開關(guān)操作造成的功率損失。在另一方面，當負載阻抗較大(重負載)時，功率因數(shù)校正電路控制器18增大開關(guān)頻率(增大開關(guān)控制信號的脈沖信號的頻率周期)，從而主要根據(jù)脈寬調(diào)制方案來控制開關(guān)晶體管Tr31的開關(guān)操作。就此而論，圖5示出了根據(jù)流入電池17的電流Ikjad的變化從功率因數(shù)校正電路控制器18輸出的脈沖信號的波形圖。當流入電池17的電流增大時，增大輸出的脈沖信號的頻率。相反地，當流入電池17的電流減小時，降低從功率因數(shù)校正電路控制器18輸出的脈沖信號的頻率。接下來，DC-DC轉(zhuǎn)換器14被配置成包括DC-AC轉(zhuǎn)換器14_1、無接觸變壓器14_2和 AC-DC 轉(zhuǎn)換器 14-3。在該配置中，DC-AC轉(zhuǎn)換器14-1被配置成包括一對開關(guān)晶體管Tr41和Tr42，其集電極被連接到功率因數(shù)校正電路13的輸出側(cè)的一端，且發(fā)射極被連接到無接觸變壓器 14-2的兩端的每一端，DC-AC轉(zhuǎn)換器14-1還包括一對開關(guān)晶體管Tr43和Tr44，其集電極被連接到無接觸變壓器14-2的兩端的每一端，且發(fā)射極被連接到功率因數(shù)校正電路13的
另一側(cè)的一端。DC-AC轉(zhuǎn)換器14-1被配置成包括四個反向并聯(lián)二極管D41、D42、D43和D44，該四個反向并聯(lián)二極管反向連接在每個開關(guān)晶體管Tr41、Tr42、Tr43和Tr44的集電極與發(fā)射極之間，以防止電流再從無接觸變壓器142的次級側(cè)繞組回流。如圖6所示，上述配置的DC-AC轉(zhuǎn)換器14_1通過切換四個開關(guān)晶體管的基極端 SP1、SP2、SP3和SP4，將諸如VT的AC電流供應到無接觸變壓器14_2的次級側(cè)繞組。同時，無接觸變壓器14-2的初級側(cè)繞組被連接到DC-AC轉(zhuǎn)換器14_1，且無接觸變壓器14-2的次級側(cè)繞組被連接到AC-DC轉(zhuǎn)換器14-3。另外，無接觸變壓器14-2的初級側(cè)繞組被串聯(lián)連接到諧振電感器L41和諧振電容器C41，并根據(jù)合適裝置值(device value)的選擇來發(fā)送最大電能。無接觸變壓器14-2根據(jù)繞組比增大或減小施加到無接觸變壓器的初級側(cè)繞組的電壓和電流，并將其傳輸?shù)狡浯渭墏?cè)繞組，從而電流被不斷施加到AC-DC轉(zhuǎn)換器14-3。AC-DC轉(zhuǎn)換器14-3被配置為橋式全波整流電路，其中四個二極管D45、D46、D47和 D48被以橋式方案連接成。如果正電流被施加到第一端c，則第一和第四二極管D45和D48 被打開以使正電流經(jīng)過，以及如果負電流被施加到橋式電路的第二端d，則第二和第三二極管D46和D47被打開以使負電流經(jīng)過。所以，當負載連接在AC-DC轉(zhuǎn)換器14-3的橋式全波整流電路兩端時，即連接在第一端c和第二端d之間，則經(jīng)過橋式電路的電流一直不斷從第一端c流入第二端d。接下來，充電濾波器單元15包括并聯(lián)連接在DC-DC轉(zhuǎn)換器14的兩端之間的電容器C51、以及串聯(lián)連接到DC-DC轉(zhuǎn)換器14的一端的電感器L51。電容器C51和電感器L51形成帶通濾波器，從而移除從DC-DC轉(zhuǎn)換器14輸出的DC 電能的不必要的高頻信號的干擾和噪聲，并使所述DC電能經(jīng)過該帶通濾波器。圖7是示出了圖1所示的脈沖頻率調(diào)制器的示意圖。參考圖7，脈沖頻率調(diào)制器包括反相器21和22、鎖存器23、比較器24、電容器25、 NMOS晶體管洸和延遲器27。比較器M接收輸出電壓VOUT和從電池管理系統(tǒng)輸出的相對于負載狀態(tài)的參考電壓VREFl，并向鎖存器23的輸入端S輸出比較信號。電容器25連接在電能電壓Vd和接地電壓之間。NMOS晶體管沈連接在電能電壓Vd和接地電壓之間，并由延遲器27的輸出來控制。鎖存器23被配置為R-S鎖存器，并且其輸入端S被連接到從比較器M輸出的比較信號，且其輸入端R被連接到電容器25和NMOS晶體管沈的連接節(jié)點。鎖存器觀的輸出Q被提供到延遲器27和反相器22。反相器22和21與鎖存器23的輸出Q串聯(lián)連接，以輸出脈沖信號。如上所述，本發(fā)明根據(jù)電池的負載狀態(tài)利用可變頻率來控制功率因數(shù)校正電路， 從而在電池的狀態(tài)從重負載變成輕負載的同時，始終保持功率因數(shù)。而且，本發(fā)明根據(jù)電池的負載狀態(tài)利用可變頻率來控制功率因數(shù)校正電路，從而能夠減少開關(guān)損失和功率消耗。雖然為了示例的目的公開了本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但是本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解，在不脫離所附權(quán)利要求所公開的本發(fā)明的范圍和精神的情況下，各種修改、添加和替換都是可能的。因此，這些修改、添加和替換也應該被理解為落入本發(fā)明的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備，該充電設(shè)備包括AC-DC轉(zhuǎn)換器，該AC-DC轉(zhuǎn)換器用于接收AC電能，將該AC電能轉(zhuǎn)換成DC電能，并輸出該DC電能；功率因數(shù)校正電路，該功率因數(shù)校正電路包括開關(guān)裝置，用于通過該開關(guān)裝置的開關(guān)操作來校正從所述AC-DC轉(zhuǎn)換器輸出的DC電能的功率因數(shù)，并輸出該DC電能；DC-DC轉(zhuǎn)換器，該DC-DC轉(zhuǎn)換器用于將從所述功率因數(shù)校正電路輸出的DC電能轉(zhuǎn)換成用于給電池充電的DC電能，并輸出經(jīng)轉(zhuǎn)換的DC電能；以及功率因數(shù)校正電路控制器，該功率因數(shù)校正電路控制器用于當通過根據(jù)從所述功率因數(shù)校正電路輸出的DC電能來調(diào)制脈沖信號的脈寬而對所述功率因數(shù)校正電路的所述開關(guān)裝置執(zhí)行開關(guān)控制時，通過根據(jù)從電池管理系統(tǒng)輸出的電池的負載狀態(tài)而改變所述脈沖信號的頻率來執(zhí)行所述開關(guān)控制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備，其中，所述功率因數(shù)校正電路控制器改變所述脈沖信號的頻率，以使得與所述電池的負載狀態(tài)處于輕負載狀態(tài)的情況相比，在重負載狀態(tài)中具有相對較低的開關(guān)頻率。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備，其中，所述功率因數(shù)校正電路控制器包括脈寬調(diào)制器，該脈寬調(diào)制器用于輸出脈沖信號，該脈沖信號的脈寬被調(diào)制以對所述功率因數(shù)校正電路的開關(guān)裝置執(zhí)行開關(guān)控制；以及脈沖頻率調(diào)制器，該脈沖頻率調(diào)制器用于根據(jù)從所述電池管理系統(tǒng)輸出的電池的負載狀態(tài)來改變從所述脈寬調(diào)制器輸出的脈沖信號的頻率，以對所述開關(guān)裝置執(zhí)行所述開關(guān)控制。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備，其中，所述脈沖頻率調(diào)制器包括比較器，該比較器用于接收輸出電壓和來自所述電池管理系統(tǒng)的相對于所述負載狀態(tài)的參考電壓，以比較該輸入信號并將其輸出；晶體管，該晶體管具有連接到電能電壓的第一端、連接到接地電壓的第二端及第三端；電容器，該電容器并聯(lián)連接在所述晶體管的第一端和第二端之間；鎖存器，該鎖存器連接到所述比較器的輸出端和所述晶體管的第一端，并用于輸出頻率改變的脈沖信號；以及延遲器，該延遲器用于對所述頻率改變的脈沖信號進行延遲，以將該脈沖信號提供給所述晶體管的第三端。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備，該充電設(shè)備還包括濾波器單元，該濾波器單元用于接收所述AC電能，以移除高頻成分并將該AC電能輸出到所述AC-DC轉(zhuǎn)換器。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備，該充電設(shè)備還包括充電濾波器單元，該充電濾波器單元用于接收從所述DC-DC轉(zhuǎn)換器輸出的DC電能，以移除高頻成分并將該DC電能輸出給所述電池。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備，其中，所述AC-DC轉(zhuǎn)換器包括橋式全波整流電路，在該橋式全波整流電路中，四個二極管以橋式方案相連接。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備，其中，所述功率因數(shù)校正電路包括電感器，該電感器串聯(lián)連接到所述AC-DC轉(zhuǎn)換器的一端；阻流二極管，該阻流二極管以朝向負載端的正向方向串聯(lián)連接到所述電感器，以阻止反向電流；開關(guān)晶體管，該開關(guān)晶體管具有連接到所述電感器的輸出端的第一端和連接到所述 AC-DC轉(zhuǎn)換器的另一端的第二端，用于通過根據(jù)開關(guān)控制信號執(zhí)行打開/關(guān)閉操作來執(zhí)行所述開關(guān)裝置的功能，所述開關(guān)控制信號通過第三端從所述功率因數(shù)校正電路控制器被施加；以及儲能電容器，該儲能電容器連接在所述阻流二極管的輸出端與所述AC-DC轉(zhuǎn)換器的另一端之間。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備，其中，所述DC-DC 轉(zhuǎn)換器包括DC-AC轉(zhuǎn)換器，該DC-AC轉(zhuǎn)換器用于將從所述功率因數(shù)校正電路輸出的DC電能轉(zhuǎn)換成 AC電能；無接觸變壓器，該無接觸變壓器用于增大和減小從所述DC-AC轉(zhuǎn)換器輸出的AC電能并輸出該AC電能；以及AC-DC轉(zhuǎn)換器，該AC-DC轉(zhuǎn)換器用于將從所述無接觸變壓器輸出的經(jīng)增大或減小的AC 電能轉(zhuǎn)換成用于所述電池的DC電能，并輸出經(jīng)轉(zhuǎn)換的DC電能。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備，其中，所述 DC-AC轉(zhuǎn)換器包括一對開關(guān)晶體管，該開關(guān)晶體管具有連接到所述功率因數(shù)校正電路的輸出側(cè)的一端的第一端、以及連接到所述無接觸變壓器的兩端中每一端的第二端；另一對開關(guān)晶體管，該另一對開關(guān)晶體管具有連接到所述無接觸變壓器的兩端中每一端的第一端、以及連接到所述功率因數(shù)校正電路的另一側(cè)端的第二端；以及四個反向并聯(lián)二極管，該四個反向并聯(lián)二極管反向連接在每個所述開關(guān)晶體管的第一端與第二端之間，以防止電流從所述無接觸變壓器的次級側(cè)繞組回流。
全文摘要
在此公開了一種對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備。另外，本發(fā)明涉及一種對功率因數(shù)進行可變頻率控制的充電設(shè)備，包括AC-DC轉(zhuǎn)換器，用于將AC電能轉(zhuǎn)換成DC電能；DC-DC轉(zhuǎn)換器，用于將從功率因數(shù)校正電路輸出的DC電能轉(zhuǎn)換成用于給電池充電的DC電能，并輸出經(jīng)轉(zhuǎn)換的DC電能；功率因數(shù)校正電路，用于通過開關(guān)裝置的操作來校正功率因數(shù)，并輸出經(jīng)校正的功率因數(shù)；以及功率因數(shù)校正電路控制器，用于當通過調(diào)制脈沖信號的脈寬而對功率因數(shù)校正電路的開關(guān)裝置執(zhí)行開關(guān)控制時，通過改變脈沖信號的頻率來執(zhí)行開關(guān)控制，從而即使在輕負載狀態(tài)下，亦可維持功率因數(shù)。
文檔編號H02J7/10GK102457097SQ201110009039
公開日2012年5月16日 申請日期2011年1月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月19日
發(fā)明者趙榮真, 韓奎范 申請人:三星電機株式會社