专利名称：用于形成充电电路的方法及设备的制作方法
技术领域：
本公开涉及利用多相电机驱动电路为混合动力车辆生成电池充电电流。更具体地，本发明利用开关磁阻电机控制器来驱动开关磁阻电机并实施电池充电器的转换器电路。
背景技术：
本领域技术人员已知电池充电电路和电机驱动电路具有很多通用零件。本领域中利用了各种将电池充电器和电机驱动控制器进行组合以消除多余部件并由此降低成本和重量的方法。为了实施电池充电功能，每种已知方法均需要电机控制电子装置之外的额外部件。在典型的电池充电器中，对交流(AC)输入进行整流以产生直流(DC)电压。通常， 还利用第二级直流转换器来产生正确的电池充电电压。在这种布置中，交流电源电流具有大的峰值，这种大的峰值使功率因数(实际功率对视在功率的比率)减小。这限制了可从交流输入中汲取的功率量。可以通过采用升压电路来迫使交流输入电流达到单位功率因数。
发明内容
公开了一种将两个或更多个半导体H桥与电磁机的绕组合并的电池充电电路，其中，电磁机跨过该多个H桥连接，并且交流电源的每个线路均连接至H桥的开关节点。以此方式，电动机控制电路的元件也被用于电池充电电路，并且能够被控制以从交流源汲取功率因数经校正的电流。本发明的这些及其它特征可以通过以下的说明书及附图得到最佳的理解，下面为附图的简要说明。
图I示出了两个相链接的单级升压转换器。
图2示出了三相功率因数校正(PFC)升压转换器。
图3示出了被配置为使用漏电感来提供功率因数校正的SR电机/电机控制器。 图4不出了非对称H桥。
图5示出了连接至三个非对称H桥的三相SR电机以及三相交流源。
图6示出了连接至三个非对称H桥的三相SR电机以及单相交流源。
具体实施例方式图I示出了两个相链接的单级升压转换器20、22，各自位于交流电源30的一侧。 电感器51、二极管52和晶体管53形成了附接到交流电源30的电源侧的升压转换器电路 20，而电感器61、二极管62和晶体管63形成了附接到交流电源30的电中性侧的升压转换器22，。当交流电源30的电源侧相对于电中性为正时，第一升压转换器20在功率因数校正(PFC)模式下操作，以便产生电池充电电流。当交流电源30相对于电中性为负时，根据已知的PFC技术来切换第二升压转换器22，由此产生电池充电电流。控制器40感测线路电压、 至少一个线路电流以及电池电压，以便允许实施PFC充电功能。线路滤波器50用于对来自交流电源30的开关频率进行滤波。用于进行这种操作的方法和技术在本领域中是已知的。图2示出了并入多个升压转换器的三相PFC升压转换器系统100。交流源120的每个线路均具有电感器150、152、154、低侧开关160、162、164及高侧开关170、172、174，从而对于每相形成一个升压电路。高侧开关170、172、174及低侧开关160、162、164中的每一个均为半导体开关。六个开关160、162、164、170、172、174的集合形成了根据已知技术来驱动三相电机的三相逆变器。存在若干种用于开关三相逆变器100以便产生三相功率因数校正、同时生成电池充电电流的方法。通过控制器140感测至少两个线路电流132、134、线路电压136及电池电压138，以便适当地实现功率因数校正。多相交流电机具有漏电感，并且该漏电感可用于实施三相PFC电池充电电路的电感器。图3示出了实施这一特征的系统。通过二极管桥232对交流电源230进行整流，以形成中间未经稳压的直流电压234。未经稳压的直流电压234、相绕组240、242、开关264以及与晶体管261对应的二极管形成了(如图I中的)升压电路，该升压电路用作PFC电池充电电路。可替选地，相绕组240和244、开关266以及与晶体管261对应的二极管可以实施升压功能。二极管桥232添加了可能增加整个逆变器/电池充电器组合的成本及空间的部件。开关磁阻(SR)电机属于多相电机的类别，其中相绕组通常不是互连的。用于驱动 SR电机的电源开关结构通常异于与其它多相电机一起使用的标准三相桥。图4示出了用于驱动SR电机的每个相的非对称H桥300。在H桥300中，绝缘栅双极晶体管(IGBT) 351 连接至直流电压312的正侧310，并被称为高侧开关。IGBT 352连接至直流电压312的负侧或返回侧314，并被称为低侧开关。根据应用，高侧310IGBT 351和低侧314IGBT 352 可以是多种类型的晶体管。二极管361和362用于有功电流控制期间的“续流”(free wheeling)操作。二极管363和364提供了对返回直流源312的相能量的快速释放以及“硬斩波”(hardchopping)。晶体管351、二极管361和二极管363共同成为高侧支路320,而晶体管352、二极管362和二极管364共同成为低侧支路330。相绕组在每个支路的中点322、 332处连接至每个支路，中点322、332被称为开关节点322、332。对于电机操作，一个相使用一个电流传感器340。图5示出了连接至三个非对称H桥422、424、426的三相SR电机410。三个非对称H桥422、424、426，三相电机410，直流电压源430，总线电容器432，电流传感器440、442、 444，以及总线电压传感器446的这种连接形成了 SR电机控制器400。为了用电机控制器400实施电池充电电路，三相交流电源450的每个支路452、 454、456被连接至每个对应的高侧支路的开关节点462、464、466。这样，每个H桥422、424、 426的低侧支路用作使用SR电机相412、414、416作为升压电感器的升压转换器。以下描述的是利用三相源450的操作示例，三相源450具有一个正的相输出452 以及两个负的相输出454、456。当接通低侧IGBT 482时，能量被存储在电机相412的磁场中。当断开低侧IGBT 482时，升压功能电流流过二极管492、电池430、二极管493和495， 并流向交流源450。使用已知的PFC方法在全部三个非对称H桥422、424、426中实施上述开关，以在交流电源452、454、456中产生与线路电压同相的正弦电流。相电流传感器440、 442、444向控制器470提供线路电流反馈。此外，电池电压传感器446是SR电机控制器470 的一部分。添加相电压传感器472以使线路电流440、442、444的相与线路电压匹配。或者， 具有这种配置的SR电机控制器包括所有的电机控制及电池充电电路。如同所有附接至高频开关电路的交流电源上的那样，包括线路滤波器474。假设峰值相间电压小于电池电压，则可以使用任意电压来生成充电电流，然而最普遍的是单相110或220伏插座。图6示出了用于实施上文参照图5描述的PFC电池充电电路的单相连接。如图6中所示，当交流电源530为正时，第一相520的低侧支路用作升压转换器。当接通低侧开关582时，电流从交流电源530流过相绕组512，通过二极管593返回交流电源530的不带电侧，并在相绕组512的磁场中存储能量。当断开低侧开关582时， 相绕组512中的磁场塌缩，由此产生添加到交流电源电压530和正向偏置的二极管592的电压。然后，电流流过电池550，并再次通过二极管593返回交流电源530的不带电侧。由于高侧开关581断开并且二极管591被反向偏置，因此高侧支路并不传导电流。当交流电源变为负时，利用相支路I和4。当接通低侧开关584时，电流在二极管 591提供返回路径的情况下，流过第二相522。然后，当断开低侧开关584时，反激电流流过二极管594、电池550，并通过二极管591返回交流电源530。SR桥的图6所示的单相连接包括实施电机控制功能和电池充电电路两者所必需的部件。如同三相情况中的那样，进一步包括线路电压传感器560和交流电源滤波器562。尽管已公开了示例实施例，然而本领域普通技术人员将会认识到，在本公开的范围内可以出现某些修改。出于该原因，应研究所附权利要求来确定本公开的真正范围及内容。
权利要求
1.一种充电电路，包括多个半导体H桥，所述H桥中的每一个均具有多个开关节点；旋转电磁机，其具有多个相绕组；交流电流输入，其能够从具有一个或多个电源相的交流电源接收交流电流；其中，所述电磁机相绕组中的每一个均跨越所述H桥中的一个H桥内的所述多个开关节点而被连接；其中，来自所述交流电流输入的所述电源相中的每一个被连接至所述开关节点中的一个开关节点。
2.根据权利要求I所述的充电电路，其中，所述多个半导体H桥是电机控制器的部件。
3.根据权利要求I所述的充电电路，其中，所述旋转电磁机是开关磁阻(SR)电机。
4.根据权利要求I所述的充电电路，其中，所述多个半导体H桥中的每一个均为非对称晶体管/ 二极管型的H桥。
5.根据权利要求I所述的充电电路，其中，所述交流电流输入包括能够接收三相交流电流的交流电流输入。
6.根据权利要求5所述的充电电路，其中，所述多个相绕组中的每一个都能够用作功率因数校正电感器。
7.根据权利要求I所述的充电电路，其中，所述交流电流输入包括能够接收单相交流电流的交流电流输入。
8.根据权利要求7所述的充电电路，其中，所述多个相绕组中的至少一个相绕组能够用作功率因数校正电感器。
9.一种用于生成充电电路的方法，包括以下步骤接受交流电源输入；以及操作开关磁阻(SR)电机和多个电机控制器H桥，并且由此从所述交流电源输入中生成功率因数经校正的充电电流。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括使所述交流电源输入通过所述开关磁阻电机内的多个相绕组的步骤。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述交流电源输入为单相交流电源输入。
12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述交流电源输入为平衡的三相电源输入。
全文摘要
本发明利用开关磁阻电机控制器的电源电子装置和开关磁阻电机的相绕组构成单级升压转换器，该单级升压转换器借助交流电源中的功率因数校正(PFC)能够对电池充电。
文档编号H02J7/02GK102593928SQ20121000943
公开日2012年7月18日 申请日期2012年1月12日 优先权日2011年1月12日
发明者卡尔·克莱斯 申请人:阿文美驰技术有限责任公司