充电模块、充电设备和充电系统的制作方法

本申请涉及电子电力，尤其涉及一种充电模块、充电设备和充电系统。

背景技术：

1、三相vienna整流器拓扑广泛地应用在有功功率单向传输的充电系统场景中。例如，充电系统中具有有功负载设备和无功负载设备，为了保证系统为单位功率因数，通常需要设置额外的无功装置进行补偿。因此，在vienna拓扑上设计无功调节的功能，可以节约系统成本。

2、传统的功率因数调节方案为：1、将vienna拓扑上的二极管更换为金属-氧化物半导体场效应晶体管(metal-oxide-semiconductor field-effect trans i stor，mosfet)/igbt、碳化硅，氮化镓等任一种功率开关管，这样可以实现功率双向流动的目的，完成功率因数可调功能，但是这种方案的成本较高；2、基于vienna拓扑，根据输入电压角度来确定补偿范围大小，生成共模信号后并注入调制波中，实现调制电压与输入电压相位变化，但是这种方案的实现较为复杂，且电流波形存在畸变。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种充电模块、充电设备和充电系统，可以使单向功率流动拓扑的变功率因数性能达到双向功率流动拓扑的性能，优化非单位功率因数工况的电流波形与母线纹波，降低成本。

2、本申请的第一方面提供一种充电模块，用于为负载供电，所述充电模块包括三相整流模块、母线电容模块、电感和控制器。所述三相整流模块的输入端用于电连接输入电源，所述三相整流模块的输出端用于电连接所述母线电容模块的输入端，所述三相整流模块包括三相桥臂。所述母线电容模块包括第一母线电容和第二母线电容，所述第一母线电容电连接于所述三相桥臂的第一输出端和所述三相桥臂的中间点之间，所述第二母线电容电连接于所述三相桥臂的第二输出端和所述中点间之间。电感电连接于所述三相桥臂的中间点和所述第一母线电容和所述第二母线电容之间的中点。所述控制器用于获取充电模块的输入电压和输入电流，并用于根据输入电压和输入电流控制所述三相整流模块的状态。

3、本申请通过在vienna拓扑的母线中点与三相整流模块之间增加电感，由于电感的电流不能突变，同时电感也可以吸收一部分无功，并将整流模块和母线电容隔离，这样不仅可以实现功率因数调节功能，还具有改善非单位功率因数工况下的母线纹波与电流波形的效果。

4、作为一种可选的实现方式，所述三相整流模块包括第一开关、第二开关和第三开关；所述第一开关电连接于第一相桥臂的中间点与所述电感的第一端，所述电感的第二端电连接于所述第一母线电容和所述第二母线电容之间的中点，所述第二开关电连接于第二相桥臂的中间点与所述电感的第一端，所述第三开关电连接于第三相桥臂的中间点与所述电感的第一端。

5、作为一种可选的实现方式，所述控制器用于：在检测到所述输入电流小于电流阈值时，通过控制所述第一开关、所述第二开关和第三开关，以调节所述输入电流与所述输入电压之间的相位。

6、作为一种可选的实现方式，所述控制器还用于：在所述输入电源对无功负载设备进行充电时，通过控制所述第一开关、所述第二开关以及第三开关，以调节所述输入电流与所述输入电压之间的相位。

7、作为一种可选的实现方式，所述充电模块还包括第四开关，所述第四开关与所述电感并联连接，所述第四开关还连接于所述控制器。

8、作为一种可选的实现方式，所述控制器还用于在所述充电模块需要工作在单位功率因数时，控制所述第四开关导通。

9、作为一种可选的实现方式，所述控制器还用于在所述充电模块需要工作在非单位功率因数时，控制所述第四开关关断。

10、本申请的第二方面还提供一种充电设备，用于为负载供电，包括输入电源和充电模块，所述输入电源用于为所述充电模块供电，所述充电模块包括三相整流模块、母线电容模块、电感和控制器。所述三相整流模块的输入端用于电连接输入电源，所述三相整流模块的输出端用于电连接所述母线电容模块的输入端，所述三相整流模块包括三相桥臂。所述母线电容模块包括第一母线电容和第二母线电容，所述第一母线电容电连接于所述三相桥臂的第一输出端和所述三相桥臂的中间点之间，所述第二母线电容电连接于所述三相桥臂的第二输出端和所述中点间之间。所述电感电连接于所述三相桥臂的中间点和所述第一母线电容和所述第二母线电容之间的中点。所述控制器用于获取所述充电模块的输入电压和输入电流，并用于根据输入电压和输入电流控制所述三相整流模块的状态。

11、本申请通过在vienna拓扑的母线中点与三相整流模块之间增加电感，本申请可以实现功率因数调节功能，还具有改善非单位功率因数工况下的母线纹波与输入电流波形的效果。

12、作为一种可选的实现方式，所述三相整流模块包括第一开关、第二开关和第三开关。所述第一开关电连接于第一相桥臂的中间点与所述电感的第一端，所述电感的第二端电连接于所述第一母线电容和所述第二母线电容之间的中点，所述第二开关电连接于第二相桥臂的中间点与所述电感的第一端，所述第三开关电连接于第三相桥臂的中间点与所述电感的第一端。

13、作为一种可选的实现方式，所述充电模块还包括第四开关，所述第四开关与所述电感并联连接，所述第四开关还连接于所述控制器及其相关外设、驱动等硬件电路。所述控制器还用于在所述充电模块需要工作在单位功率因数时，控制所述第四开关导通；在所述充电模块需要工作在非单位功率因数时，控制所述第四开关关断。

14、第三方面，本申请的实施例还提供一种充电系统，包括充电设备和一个或多个电动设备，充电设备电连接于一个或多个电动设备，以为一个或多个电动设备进行充电。充电设备可以包括输入电源和充电模块。输入电源用于为所述充电模块供电，充电模块包括三相整流模块、母线电容模块、电感和控制器。三相整流模块的输入端用于电连接输入电源，三相整流模块的输出端用于电连接母线电容模块的输入端，所述三相整流模块包括三相桥臂。母线电容模块包括第一母线电容和第二母线电容，第一母线电容电连接于三相桥臂的第一输出端和三相桥臂的中间点之间，第二母线电容电连接于所述三相桥臂的第二输出端和所述中点间之间。电感电连接于三相桥臂的中间点和所述第一母线电容和所述第二母线电容之间的中点。控制器用于获取输入电源的输入电压和输入电流，并用于根据输入电压和输入电流控制三相整流模块的状态。本申请的充电系统可以通过在vienna拓扑的母线中点与三相整流模块之间增加电感，由于电感的电流不能突变，同时电感也可以吸收一部分无功，并将整流模块和母线电容隔离，这样不仅可以实现功率因数调节功能，还具有改善非单位功率因数工况下的母线纹波与电流波形的效果。

15、采用本申请实施例，通过在三相整流模块与母线电容模块的中点之间设置电感，可以实现功率因数调节功能，具有改善非单位功率因数工况下的母线纹波与输入电流波形的效果，使单向功率流动拓扑的变功率因数性能达到双向功率流动拓扑的性能，因此降低了硬件成本。

技术特征：

1.一种充电模块，用于为负载供电，其特征在于，所述充电模块包括三相整流模块、母线电容模块、电感和控制器；

2.根据权利要求1所述的充电模块，其特征在于，

3.根据权利要求2所述的充电模块，其特征在于，

4.根据权利要求2或3所述的充电模块，其特征在于，

5.根据权利要求1-4任意一项所述的充电模块，其特征在于，

6.根据权利要求5所述的充电模块，其特征在于，

7.根据权利要求5或6所述的充电模块，其特征在于，

8.一种充电设备，用于为负载供电，其特征在于，包括输入电源和充电模块，所述输入电源用于为所述充电模块供电，所述充电模块包括三相整流模块、母线电容模块、电感和控制器；

9.根据权利要求8所述的充电设备，其特征在于，

10.根据权利要求8或9所述的充电设备，其特征在于，

11.一种充电系统，其特征在于，包括充电设备和一个或多个电动设备，所述充电设备电连接于一个或多个电动设备，以为所述一个或多个电动设备进行充电；所述充电设备包括输入电源和充电模块，所述输入电源用于为所述充电模块供电，所述充电模块包括三相整流模块、母线电容模块、电感和控制器；

技术总结
本申请公开一种充电模块、充电设备和充电系统，充电模块包括三相整流模块、母线电容模块、电感和控制器。三相整流模块的输入端电连接输入电源，其输出端电连接母线电容模块的输入端。母线电容模块包括第一母线电容和第二母线电容，第一母线电容连接三相桥臂的第一输出端和三相桥臂的中间点之间，第二母线电容电连接于三相桥臂的第二输出端和中点间之间。电感电连接于三相桥臂的中间点和第一母线电容和第二母线电容之间的中点。控制器用于获取充电模块的输入电压和输入电流，并根据输入电压和输入电流控制三相整流模块的状态。本申请可以实现功率因数调节功能，还具有改善非单位功率因数工况下的母线纹波与输入电流波形的效果。

技术研发人员：周昱臣
受保护的技术使用者：华为数字能源技术有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11