集成转换器的制作方法

相关申请的交叉引用

本申请要求于2019年4月17日提交的韩国专利申请第10-2019-0044784号的优先权的利益，其全部内容通过引用结合于本文中。

本公开涉及集成转换器，更具体地，涉及降低集成转换器的重量、体积以及价格的技术。

背景技术：

最近，随着各国推动增加燃油经济性法规以及开发和推广环保车辆，对插电式混合动力车辆/电动车辆(phev/ev)的需求迅速增加。然而，由于充电时间长、行驶距离短以及车辆价格高而带来的不便，消费者对环保车辆的信心还不高。因此，在通过安装大容量电池来增加行驶距离的方向上的开发正在进行。

然而，有必要增加电池充电器的容量，以减少根据电池容量的增加而增加的充电时间。当充电器的容量增加时，尺寸和材料成本与容量成比例地增加。由于各种环保车辆具有狭窄的内部空间并且比具有传统内燃机的车辆更昂贵，因此减小尺寸和节省材料成本同时增加充电器的容量正成为一个重要挑战。

技术实现要素：

本公开提供了一种集成转换器，用于将低压充电器与高压充电器的功率因数校正(pfc)装置的输出端连接，以降低总重量、体积以及价格。通过本发明构思要解决的技术问题不限于上述问题，并且本公开所属领域的技术人员根据以下描述将清楚地理解本文中未提及的任何其他技术问题。

根据本公开的一个方面，一种集成转换器，可以包括：高压充电器，其具有功率因数校正(pfc)装置，该功率因数校正(pfc)装置补偿低频纹波并且将商用电源的交流(ac)电压转换为直流(dc)电压；第一切换模块，被配置为将从pfc装置输出的dc电压转换为ac电压，以及高压充电器，被配置为使用商用电源对高压电池充电，以及低压充电器，其连接在pfc装置和第一切换模块之间，并且被配置为使用商用电源或高压电池对低压电池充电。

在示例性实施例中，低压充电器可以包括转换器，该转换器被配置为转换商用电源或高压电池的电压电平并且将转换后的电压施加到低压电池。此外，转换器可以包括降压转换器或3电平降压转换器，作为非隔离dc-dc转换器。转换器可以包括连接到低压电池两端的电容器、与电容器并联连接的二极管、设置在电容器和二极管之间的电感器、以及连接到电感器和pfc装置的输出端的开关元件。当使用商用电源对低压电池充电时，当开关元件导通时，从pfc装置输出的电压可以存储在电感器中，并且当开关元件关断时，存储在电感器中的电压可以施加到低压电池。

此外，转换器可以包括第一电容器和第二电容器，该第一电容器和第二电容器连接到低压电池的两端并且串联连接；电感器，设置在第一电容器和低压电池之间并且存储电压；第一开关元件和第二开关元件，该第一开关元件和第二开关元件与第一电容器和第二电容器并联连接；第一二极管，在其输出端连接到电感器并且在其输入端连接到pfc装置的输出端，以及第二二极管，在其输入端连接到低压电池并且在其输出端连接到pfc装置的输出端。

pfc装置可以包括第一二极管和第二二极管，该第一二极管和第二二极管连接到商用电源的第一端并且串联连接；第三二极管和第四二极管，该第三二极管和第四二极管连接到商用电源的第二端并且串联连接；以及第一电容器，该第一电容器与第三二极管和第四二极管并且联连接。当商用电源具有正值时，可以形成从商用电源连接到第一二极管、第一电容器以及第四二极管的电压路径。

在示例性实施例中，当商用电源具有负值时，可以形成从商用电源到第二二极管、第一电容器以及第三二极管的电压路径。pfc装置还可以包括与第一电容器并联连接的第一开关元件、与第一开关元件并联连接的第二电容器、设置在第一电容器和第一开关元件之间的电感器、以及设置在第一开关元件和第二电容器之间的第五二极管。

当第一开关元件导通时，可以形成连接到电感器、第一开关元件以及第一电容器的电压路径。另外，当第一开关元件关断时，可以形成连接到电感器、第五二极管、第二电容器以及第一电容器的电压路径。高压充电器还可以包括变压器，被配置为转换从第一切换模块施加的ac电压，以及第二切换模块，被配置为将由变压器所变换的ac电压转换为dc电压。

第一切换模块可以包括第一开关元件和第二开关元件，该第一开关元件和第二开关元件串联连接并且具有连接到变压器的输入端的第一端的公共节点，以及第三开关元件和第四开关元件，该第三开关元件和第四开关元件串联连接并且具有连接到变压器的输入端的第二端的公共节点。第二切换模块可以包括第五开关元件和第六开关元件，该第五开关元件和第六开关元件串联连接并且具有连接到变压器的输出端的第一端的公共节点，以及第七开关元件和第八开关元件，该第七开关元件和第八开关元件串联连接并且具有连接到变压器的输出端的第二端的公共节点。

在示例性实施例中，当在使用商用电源对高压电池充电，第一开关元件和第四开关元件导通时，第五开关元件和第八开关元件可导通，并且从变压器施加的电压可以传输到高压电池。此外，当使用高压电池对低压电池充电时，当第五开关元件和第八开关元件导通时，高压电池的dc电压可以转换为ac电压，并且当第一开关元件和第四开关元件导通时，ac电压可以转换为将被传输到低压充电器的dc电压。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述，本公开的上述和其他目的、特征以及优点将更加明显：

图1是示出根据本公开的示例性实施例的集成转换器的电路配置的框图；

图2是示出根据本公开的示例性实施例的集成转换器的低压充电器的转换器的电路图；

图3是示出根据本公开的另一示例性实施例的集成转换器的低压充电器的转换器的电路图；

图4是示出根据本公开的示例性实施例的集成转换器的使用商用电源对高压电池和低压电池充电的操作的框图；

图5是示出根据本公开的示例性实施例的集成转换器的使用高压电池对低压电池充电的操作的框图；

图6a、图6b、图6c、图6d、图6e以及图6f是示出根据本公开的示例性实施例的使用商用电源对高压电池充电的操作中的电压流的电路图；

图7a和图7b是示出根据本公开的示例性实施例的使用商用电源对低压电池充电的操作中的电压流的电路图；以及

图8a和图8b是示出根据本公开的示例性实施例的使用高压电池对低压电池充电的操作中的电压流的电路图。

具体实施方式

应当理解，本文中所使用的术语“车辆(vehicle)”或“车辆的(vehicular)”或其他类似术语包括广义的机动车辆，诸如包括运动型多用途车辆(suv)、公共汽车、卡车、各种商用车辆的载客车辆；包括各种小船和海船的船只；航天器等；并且包括混合动力车辆、电动车辆、插电混合动力车辆、氢动力车辆和其他替代燃料车辆(例如，燃料来源于非石油能源)。如本文所述，混合动力车辆是具有两个或更多动力源的车辆，例如汽油动力和电力动力的车辆。

尽管示例性实施方式被描述为使用多个单元来执行示例性处理，但是应当理解，也可由一个或者多个模块执行该示例性处理。此外，应当理解，术语控制器/控制单元指代包括存储器和处理器的硬件装置。存储器被配置为对模块进行存储，并且处理器具体地被配置为执行所述模块以执行下面进一步描述的一个或多个处理。

本文中所使用的措辞仅是为了描述特定实施方式之目的，而并不旨在对本公开进行限制。除非上下文另有明确说明，否则如本文中所使用的单数形式“一(a)”、“一(an)”及“该”也旨在包括复数形式。还应当理解，当术语“包括”和/或“包含”用于本说明书时，其描述了存在所述及的特征、整体、步骤、操作、元件及/或组件，但并不排除存在或附加有一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、组件及/或其组合。作为本文中所用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项的任何及所有组合。

除非在上下文中明确指出或者是显而易见的，否则本文中所使用的术语“约”被理解为在本领域中正常误差的范围内，例如在2个平均标准差内。“约”可以被理解为在所述值的10％、9％、8％、7％、6％、5％、4％、3％、2％、1％、0.5％、0.1％、0.05％或0.01％内。除非上下文另明确说明外，本文中提供的所有数值由术语“约”修饰。

在下文中，将参考示例性附图详细描述本公开的一些示例性实施方式。在向每个附图中的组件添加参考标号时，应注意，相同或等同的组件即使它们在其他附图上示出时，也以相同的标号表示。进一步地，在描述本公开的示例性实施方式时，为了不使本公开的主旨变得不必要地晦涩，将排除对公知特征或功能进行详细描述。

在描述根据本公开的示例性实施方式的各组件时，可以使用术语第一、第二、“a”、“b”、(a)、(b)等。这些术语仅旨在区分开一个组件与另一组件，但是这些术语不限制各构成组件的性质、顺序或者次序。除非另有限定，否则，文中使用的包括技术和科学术语在内的全部术语，具有的含义与本公开所属技术领域人员通常理解的含义相同。如常用字典中定义的那些术语的术语，应被解释为具有与相关领域中的上下文含义一致的含义并且不被解释为具有理想化或过于刻板的含义，但本申请明确定义为具有种种含义的除外。

本公开的示例性实施例可以公开在集成转换器中连接低压充电器与高压充电器的功率因数校正(pfc)装置的输出端以减小集成转换器的重量、体积和价格的技术。

在下文中，将参考图1至图8b详细地给出本公开的示例性实施例的描述。图1是示出根据本公开的示例性实施例的集成转换器的电路配置的框图。图2是示出根据本公开的示例性实施例的集成转换器的低压充电器的转换器的电路图。图3是示出根据本公开的另一示例性实施例的集成转换器的低压充电器的转换器的电路图。

参考图1，根据本公开的示例性实施例的集成转换器可以包括高压充电器100和低压充电器200。高压充电器100可以被配置为对高压电池20充电。相应地，高压充电器100可以包括滤波器110、功率因数校正(pfc)装置120、切换模块130、变压器140、切换模块150以及滤波器160。滤波器110可以是电磁干扰滤波器(emi)，并且可以被配置为去除信号的噪声。换句话说，滤波器110可以被配置为去除商用电源10的噪声。具体地，由于滤波器110的详细电路是普通电路，所以将省略其详细描述。

pfc装置120可以被配置为将从滤波器110施加的商用电源10的交流(ac)分量转换为直流(dc)分量以补偿低频纹波。换句话说，功率因数校正(pfc)是指对功率因数(例如，指示其使用ac功率的效率的比率)进行校正。pfc装置120可以被驱动为用于校正功率因数的电路，并且可以提高功率效率以稳定地供电。

pfc装置120可以包括二极管d1至d5、电感器l1、电容器c0和c1以及开关元件sw1。二极管d1和d3可以串联连接，并且滤波器110的第一端的输出电压可以提供给二极管d1和d3的公共节点。二极管d2和d4可以串联连接，并且可以与二极管d1和d3并联连接，并且滤波器110的第二端的输出电压可以提供给二极管d2和d4的公共节点。电感器l1的第一端可以连接到二极管d1和d2的输出端，电感器l1的第二端可以连接到二极管d5。开关元件sw1可以设置在二极管d3和d4的输出端与电感器l1的输出端之间。电容器c1可以连接到二极管d3和d4的输出端以及二极管d5的输出端。

切换模块130可以被配置为切换(switch)从pfc装置120输出的电压，并且将切换后的电压提供给变压器140。换句话说，切换模块130可以被配置为将从pfc装置120输出的输出电压的dc分量转换为ac分量，并且将转换后的ac分量提供给变压器140。因此，切换模块130可以包括多个开关元件sw2至sw5。开关元件sw2和sw4可以串联连接在电容器c1的第一端和第二端之间，开关元件sw3和sw5可以串联连接在电容器c1的第一端和第二端之间并且可以与串联连接的开关元件sw2和sw4并联连接。通过开关元件sw2和sw4的公共节点输出的电压可以施加到包括在变压器140中的变压器t1的初级侧的第一端，并且通过开关元件sw3和sw5的公共节点输出的电压可以施加到包括在变压器140中的变压器t1的初级侧的第二端。

变压器140可以被配置为转换由切换模块130切换后的电压。具体地，变压器140可以是隔离变压器，并且可以包括以下变压器，其中接收ac电力的一侧(初级测)和供应电力的测(次级测)被隔离。结果，变压器140可以被配置为将变压器t1的初级侧与次级侧隔离，以防止电源之间的相互干扰以及阻止初级侧的噪声或脉冲异常电压。在本公开的示例性实施例中，变压器140可以执行将商用电源10与高电压隔离的功能。

此外，切换模块150可以被配置为将从变压器140输出的电压的ac分量切换到dc分量，并且经由滤波器160将切换后的dc分量传输到高压电池20。相应地，切换模块150可以包括多个开关元件sw6至sw9。开关元件sw6和sw8可以串联连接，并且变压器140的变压器t1的次级侧的第一端可以连接到开关元件sw6和sw8的公共节点。开关元件sw7和sw9可以串联连接，并且可以与开关元件sw6和sw8并联连接，并且变压器140的变压器t1的次级侧的第二端可以连接到开关元件sw7和sw9的公共节点。

滤波器160可以是与滤波器110类似的电磁干扰滤波器(emi)，并且可以被配置为去除从切换模块150输出的电压的噪声，并且将其噪声被去除的电压传输到高压电池20。具体地，由于滤波器160的详细电路可以是与滤波器110类似的普通电路，因此将省略其详细描述。低压充电器200可以被配置为对低压电池30充电。相应地，低压充电器200可以包括转换器210。转换器210可以是非隔离dc/dc转换器，并且可以被配置为通过其切换操作来转换dc电压的电平。转换器210可以被配置为将施加用于对低压电池30充电的高压电平降低到能够在低压电池30中充电的电平。因此，转换器210可以被配置为降压转换器或3电平降压转换器。

图2示出了转换器210被配置为降压转换器211的示例。图3示出了转换器210被配置为3电平降压转换器212的示例。参考图2，降压转换器211可以包括电容器c3、电感器l2、二极管d6以及开关元件sw10。电容器c3和二极管d6可以并联连接到低压电池30的两端。电感器l2可以设置在电容器c3和二极管d6之间。开关元件sw10可以连接到二极管d6的第一端，并且可以连接到pfc装置120的输出端之间的第二端。

换句话说，电容器c3的第一端可以连接到低压电池30的第一端，并且电容器c3的第二端可以连接到低压电池30的第二端。电感器l2的第一端可以连接到电容器c3的第一端，并且电感器l2的第二端可以连接到二极管d6的第一端。二极管d6的第二端可以连接到电容器c3的第二端和pfc装置120的输出端之间的一端。

参考图3，3电平降压转换器212可以被配置为将从pfc装置120和切换模块130施加的电压电平降低到能够在低压电池30中充电的电平，并且可以被配置为增加电压传输速率。因此，3电平降压转换器212可以包括电感器l3、电容器c4和c5、二极管d7和d8以及开关元件sw11和sw12。

具体地，电容器c4和c5可以串联连接，并且电感器l3可以设置在电容器c4的第一端和低压电池30之间。开关元件sw11和sw12可以串联连接，并且可以具有与串联连接的电容器c4和c5并联连接的结构。开关元件sw11和sw12的公共节点可以连接到电容器c4和c5的公共节点。

二极管d7可以连接在电容器c4的第一端和开关元件sw11的第一端之间。具体地，二极管d7的输入端可以连接到pfc装置120的输出端的第一端，二极管d7的输出端可以连接到电感器l3。二极管d8可以连接在电容器c5的第二端和开关元件sw12的第二端之间。二极管d8的输入端可以与低压电池30连接，二极管d8的输出端可以与pfc装置120的输出端的第二端连接。

图4是示出根据本公开的示例性实施例的集成转换器的使用商用电源对高压电池和低压电池充电的示例性操作的框图。当车辆未被驱动(beingdriven)时，车辆的速度大于“0”并且小于或等于预定速度。图4示出了使用商用电源(外部电源)10对高压电池20和低压电池30充电的示例。

参考图4，首先描述对高压电池20充电的方法，可以通过滤波器110去除商用电源10的ac分量的噪声，并且可以将其噪声被去除的ac分量施加到pfc装置120。pfc装置120可以被配置为通过其开关元件sw1的导通/关断操作将商用电源10的ac分量转换为dc分量以补偿功率因数。

切换模块130可以被配置为将dc分量转换为ac分量。变压器140可以被配置为将ac分量转换为dc分量并且将转换后的dc分量传输到切换模块150。然后，切换模块150可以被配置为通过其切换操作将ac分量转换为dc分量。滤波器160可以被配置为去除从切换模块150输出的dc分量的噪声，并且将其噪声被去除后的dc分量施加到高压电池20以对高压电池20充电。因此，当对高压电池20充电时，可以沿着诸如图4的p1的路径执行充电。

此外，描述对低压电池30充电的方法，可以通过滤波器110去除商用电源10的ac分量的噪声，并且可以将其噪声被去除后的ac分量施加到pfc装置120。pfc装置120可以被配置为通过其开关元件sw1的导通/关断操作将商用电源10的ac分量转换为dc分量以补偿功率因数。

转换器210可以被配置为将从pfc装置120施加的dc电压切换到用于对低压电池30充电的电压电平，并且将切换后的电压施加到低压电池30以对低压电池30充电。因此，当对低压电池30充电时，可以沿着诸如图4的p2的路径执行充电。当沿着这样的路径对低压电池30充电时，由于商用电源10的噪声被高压充电器100的滤波器110滤除，所以在低压充电器200中可以省略单独的滤波器。

此外，当对低压电池30充电时，由于高压电池20和低压电池30之间通过变压器140而存在隔离，所以在低压充电器200中可以省略单独的变压器。此外，由于不需要在低压充电器200中包括单独的变压器，所以不需要在低压充电器200中包括用于将dc电压转换为ac电压的单独的切换模块。因此，根据本公开的示例性实施例的低压充电器200可以仅使用诸如转换器210的一个组件来执行低压充电。

图5是示出根据本公开的示例性实施例的集成转换器的使用高压电池对低压电池充电的示例性操作的框图。具体地，当车辆被驱动时，速度可以是大于预定速度的速度。当车辆停止时，速度可能为“0”。图5示出了使用高压电池20对低压电池30充电的示例。

参考图5，滤波器160可以被配置为去除高压电池20的dc电压的噪声，并且将其噪声被去除后的dc电压传输到切换模块150。然后，切换模块150可以被配置为将dc电压转换为ac电压。变压器140可以被配置为将ac电压转换为dc电压并且将转换后的dc电压传输到切换模块130。切换模块130可以被配置为将ac电压转换为dc电压并且将转换后的dc电压传输到转换器210。转换器210可以被配置为将从切换模块130施加的dc电压切换到用于对低压电池30充电的电压电平，并且将切换后的电压施加到低压电池30以对低压电池30充电。

因此，当高压电池20未被充电(例如，放电)时，可以沿着诸如图5的p3的路径执行充电。当高压电池20未被充电时，由于通过滤波器160去除了从高压电池20施加的高压的噪声，所以可以省略低压充电器200中的单独滤波器。此外，当高压电池20未被充电时，由于高压电池20和低压电池30之间通过变压器140而存在隔离，所以可以省略低压充电器200中的单独变压器。此外，当高压电池20未被充电时，由于通过切换模块130和150执行dc电压和ac电压之间的转换，所以可以省略低压充电器200中的单独变压器。

图6a至图6f是示出根据本公开的示例性实施例的使用商用电源对高压电池充电的操作中的电压流的电路图。参考图6a，当商用电源10具有正值时，可以形成从滤波器110连接到二极管d1、电容器c0以及二极管d4的电压路径。参考图6b，当商用电源10为负值时，可以形成从滤波器110连接到二极管d2、电容器c0以及二极管d3的电压路径。

参考图6c，当开关元件sw1导通时，可以形成连接到电感器l1、开关元件sw1以及电容器c0的电压路径。具体地，作为电压存储器的电容器c1可以被配置为执行放电操作。参考图6d，当开关元件sw1关断时，可以形成电感器l1、二极管d5以及电容器c0的电压路径。作为电压存储器的电容器c1可以被配置为执行充电操作。参考图6e，当开关元件sw2和sw5导通时，开关元件sw6和sw9可以导通以传输通过变压器140的变压器t1传输的电压。因此，通过变压器140的变压器t1传输的电压可以通过开关元件sw6和sw9传输到滤波器160，以传输到高压电池20。

参考图6f，当开关元件sw3和sw4导通时，开关元件sw6和sw9可以导通以传输通过变压器t1传输的电压。因此，通过变压器140的变压器t1传输的电压可以通过开关元件sw6和sw9传输到滤波器160，以传输到高压电池20。因此，开关元件sw2至sw5的切换的交替执行可以被执行以将dc电压转换为ac电压以传输变压器t1的电压。类似地，开关元件sw6至sw9的切换的交替执行可以被执行以将ac电压转换为dc电压。

图7a和图7b是示出根据本公开的示例性实施例的使用商用电源对低压电池充电的操作中的电压流的电路图。参考图7a，当开关元件sw10导通时，pfc装置120和切换模块130之间的电压可以通过开关元件sw10和电感器l2传输到低压电池30。具体地，电压可以存储在电感器l2中，并且随着开关元件sw10导通/关断，高电压可以转换为低电压。参考图7b，当开关元件sw10关断时，存储在电感器l2中的电压可以通过二极管d6和电感器l2传输到低压电池30。

图8a和图8b是示出根据本公开的示例性实施例的使用高压电池对低压电池充电的操作中的电压流的电路图。参考图8a，从高压电池20施加的dc电压可以通过切换模块150、变压器140以及切换模块130施加到低压充电器200。换句话说，当切换模块150的开关元件sw6和sw9导通时，从高压电池20施加的dc电压可以转换成ac电压，并且可以将转换后的ac电压传输到变压器140。

变压器140可以被配置为将ac电压转换为dc电压并且将转换后的dc电压传输到切换模块130。开关元件sw3和sw3可以导通以将ac电压转换为dc电压，并且可以将转换后的dc电压传输到低压充电器200的转换器210。参考图8b，当开关元件sw7和sw8导通时，可以将从高压电池20施加的直流电压转换成ac电压，并且可以将转换后的ac电压传输到变压器140。

另外，变压器140可以被配置为将ac电压转换为dc电压并且将转换后的dc电压传输到切换模块130。开关元件sw2和sw5可以导通以将ac电压转换为dc电压，并且可以将转换后的dc电压传输到低压充电器200的转换器210。因此，在集成了高压充电器100和低压充电器200的集成dc-dc转换器中，不是低压充电器200连接到高压电池20的现有方式，本公开的示例性实施例可以将低压充电器200连接到高压充电器100的pfc装置120的输出端，可以省略在现有技术的低压充电器200中包括的整流器、变压器、切换模块以及滤波器，并且可以在低压充电器200中仅包括简化的dc-dc转换器，以减小集成dc-dc转换器的重量、体积和价格。由于在不修正高压充电器100的电路的情况下仅简化了低压充电器200的配置，因此提供通用设计是有利的。

本技术可以将低压充电器与高压充电器的pfc装置的输出端连接，以减小集成转换器的重量、体积以及价格。此外，可以提供通过本公开直接或间接确定的各种效果。

在上文中，虽然已经参考示例性实施例和附图描述了本公开，但是本公开不限于此，而是可以由本公开所属领域的技术人员进行各种修改和改变，而不脱离在所附权利要求中要求保护的本公开的精神和范围。

因此，提供本公开的示例性实施例是为了解释本公开的精神和范围，而不是为了限制它们，使得本公开的精神和范围不受示例性实施例的限制。本公开的范围应当基于所附权利要求来解释，并且在与权利要求等同的范围内的所有技术思想应包括在本公开的范围内。