1.本发明涉及具有功率因数校正的交流直流转换器，例如用于对电动车辆充电的那些转换器。
背景技术：
2.具有功率因数校正的交流直流转换器通常用于许多应用。这些转换器也称为“无功功率补偿转换器”或pfc（英语的“power factor corrector”，功率因数校正器）转换器。
3.这些转换器旨在连接到交流电网，并在输出端输送直流电压。这些转换器被设置为吸收正弦电流，尤其有助于电网的稳定。因此，具有功率因数校正的交流直流转换器具有接近1的功率因数，因此从电网稳定性的角度来看，其行为类似于电阻器。这些交流直流转换器通常是由法规强制要求的，尤其是对于大功率应用。
4.例如，在电动车辆的情况下，如果许多车辆同时连接到电网以对其牵引电池再充电，则电网可能会不稳定，并且压降等现象可能会被放大。因此，电动车辆充电器应强制性地设有具有功率因数校正的交流直流转换器。
5.传统的电动车辆车载充电器通常包括具有功率因数校正的交流直流转换器，其在输入端连接到电网，并且在输出端连接到直流直流转换器，根据待再充电电池的充电需求来操控该直流直流转换器。交流直流转换器通常为直流直流转换器提供约400伏的直流电压。
6.为了实现功率因数校正功能，应将交流直流转换器的体量确定为输送与交流电网电压相适应的直流电压。实际上，转换器输送的直流电压应大于电网的峰值电压，即该电网上可观察到的最大电压。
7.此外，在现实中，由于组件的缺陷，交流直流转换器输送的直流电压通常具有一定的波动轮廓。
8.因此，出于如下原因，应精确地调节交流直流转换器的输出电压：
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如果该电压太低（低于交流电网的峰值电压），则不再能够确保正弦吸收以及因此的功率因数校正；
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如果该电压太高，则可能会超过某些功率组件的最大支持电压规格。
9.此外，交流直流转换器通常包括控制模块，该控制模块包括用于测量所输送的电压的部件以及用于对由切换模块输送的直流电压进行随动控制的随动控制装置。然而，交流直流转换器的输出电压调节精度取决于使得能够实现电压测量的各组件和随动控制装置的各组件的精度。
10.已设想了在其上限和下限之间调节交流直流转换器的输出电压的解决方案。
11.构成控制模块的随动控制装置和电压测量部件的电子组件可以从更精确并且降低输出电压调节不确定性的高端组件中选择。与传统组件相比，这些组件成本较高，这与大规模工业生产（如在汽车行业中）中必然具有的降低成本不相容。
12.也可以设想选择具有较高耐压（例如1000伏）的组件来构成交流直流转换器，以便提高不得超过的高电压阈值。转换器的输出直流电压于是不再有超过电压上限的风险，即使电压随动控制中存在波动和不确定性也是如此。与耐压仅略高于400伏的组件相比，这些耐压更高的组件体积更大、更昂贵且精度更低。
13.在某些应用中，也可以在交流直流转换器的制造过程中进行调整，借助于外部诊断部件实现转换器输出电压的输出行为测量，借助于示波器、适用于精确测量电压的实验室测量部件等等。这些解决方案适用于实验室环境，但与大规模生产不兼容。为了操作者的安全，生产线遵守一般禁止接近带电电气零件的规定。例如，在配备有车载电池充电器的机动车辆生产线的情况下，将通过将充电器的交流直流转换器连接到直流直流转换器而预先完全组装好充电器，且任何元件都不带电。充电器和其与电池的连接都在防护壳体中受到保护，并且只能在不能接近任何带电零件的情况下对其通电。因此，在这种情况下，无法实施需要接近带电零件的任何调整。
技术实现要素：
14.本发明的目的是改进现有技术的交流直流转换器。
15.为此，本发明涉及具有功率因数校正的交流直流转换器的校准方法，该转换器包括：
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输入连接器，包括至少两个馈送端子，用于将转换器连接到交流电网；
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包括功率开关的切换模块，其被适配成将来自施加的正弦电压的直流电压输送到输入连接器；
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控制模块，其被适配成操控切换模块的功率开关，该控制模块包括：电压测量部件，其被适配成测量由切换模块输送的直流电压；以及用于对由切换模块输送的直流电压进行随动控制的随动控制装置；该方法包括以下步骤：
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将输入连接器连接到具有预定直流电压的电源，使得该预定直流电压施加在输入连接器的端子之间；
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用电压测量部件测量当预定直流电压施加在输入连接器的端子之间时由切换模块输送的校准所得直流电压；
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通过执行标定来校准电压测量部件，所述标定使校准所得电压回到预定直流电压处。
16.本发明的另一主题涉及如上所述的具有功率因数校正的交流直流转换器，并且其中切换模块包括两种模式：
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标称操作模式，其中输入连接器连接到交流电网，并且随动控制装置将由切换模块输送的直流电压随动控制为整定电压；
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校准模式，其中输入连接器连接到具有预定直流电压的电源，并且通过标定来校准电压测量部件，所述标定使由切换模块输送的所得电压回到预定直流电压处。
17.根据一个实施例，控制模块包括构成随动控制装置和电压测量部件的微控制器，该微控制器被编程为从标称操作模式切换到校准模式。
18.这样的交流直流转换器及其校准方法使得能够将来自电网的交流电压转换成直
流电压，该直流电压被精确地调节和校准，使得它足够高以使得能够吸收正弦电流，从而使得能够实现转换器的功率因数校正；并且足够低以保持低于构成转换器的传统组件的耐压。
19.因此，本发明使得能够使用成本较低且精度较高的标准组件来生产这些转换器。这符合大规模生产的成本标准，如在汽车行业中。
20.此外，转换器的校准方法可以在工业生产环境中实施，并且符合生产工厂中的现行安全规定，因为校准操作是在生产线末端、在转换器本身内进行的，而没有外部设备的任何干预，也不需要任何的接近带电零件。操作者在任何时候都不会接近转换器所输送的高直流电压。
21.根据本发明的校准方法可以单独地或组合地包括以下附加特征：
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随动控制装置被适配成将由切换模块输送的直流电压随动控制为整定电压；
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预定直流电压基本上等于整定电压；
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整定电压大于输入连接器为其而提供的交流电网的最大峰值电压；
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具有预定电压的直流电源的精度大于电压测量部件的精度；
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具有预定电压的直流电源的精度优于
±
1%。
22.根据本发明的电池充电器可以单独地或组合地包括以下附加特征：
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电池充电器还包括被适配成对电池进行充电的直流直流转换器，在交流直流转换器的输出端输送的直流电压连接到直流直流转换器的输入端；
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电池充电器包括封闭的壳体，以阻止接近交流直流转换器的输出端与直流直流转换器的输入端之间的连接处。
附图说明
23.从接下来的参考附图的非限制性描述，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：
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图1示意性地示出了包括根据本发明的交流直流转换器的电池充电器；
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图2示出了图1转换器的输出电压。
具体实施方式
24.图1和图2涉及电动车辆中的车载电池充电器，并且示出了根据本发明的交流直流转换器的实施示例。
25.图1示意性地示出了电动车辆中的车载充电器1，其被适配成通过将其连接到交流电网来对该电动车辆的牵引电池充电。实际上，电动车辆通常有两种为其牵引电池充电的可能性：一种是外部充电桩，包括其自己的大功率充电器；或者诸如图1的车载充电器，其使得能够在家用插座上对电动车辆充电。
26.图1的车载充电器旨在像任何其他用电器一样连接到交流电网，因此该车载充电器应符合与电网相关的现行标准和规定。充电器1尤其包括吸收电流操控部件，以促进其所连接的电网的稳定性。
27.充电器1包括输入连接器2，其被适配成连接到家用插座，以接到交流电网3。在本示例中，充电器1是单相充电器，并且连接器2因此包括用于该相和中性的两个馈送端子4
（除了保护导体之外，保护导体未示出）。
28.充电器1的输出端连接到车辆的牵引电池，牵引电池由发电装置5示意性地表示。
29.电池充电器1的功能是在输入端接收来自交流电网3的电能，并在输出端向电池5两端施加直流电压，该电压以已知的方式根据电池5的再充电循环来操控。
30.这里，充电器1包括交流直流转换器8和直流直流转换器9。交流直流转换器8的功能是将来自电网的交流电压转换成固定直流电压，在本例中该固定直流电压的值为400伏。交流直流转换器8将该直流电压输送给直流直流转换器9，直流直流转换器9将通过将该直流电压提供给电池5来智能地操控对电池5的充电，该电压根据充电循环而适应电池5的需求。被适配成操控电池充电循环的直流直流转换器9是已知的，这里不再详细描述。
31.交流直流转换器8在输入端包括连接器2、切换模块6和控制模块7。
32.切换模块6以已知的方式包括整流组件以及连接到线圈和电容器的切换部件，从而使得能够产生直流电压。切换部件通常由功率开关桥构成，所述功率开关诸如mosfet或igbt功率晶体管。
33.切换模块6由控制模块7操控。在实践中，控制模块7在此由微控制器构成，该微控制器连接到切换模块6的功率开关的栅极，并且被适配成根据程序闭合或断开功率开关。
34.在控制模块7内，微控制器及其程序被布置成尤其是构成随动控制装置10和电压测量部件11。电压测量部件11可以由确保作为伏特计的功能的任何已知部件构成，并且使得能够测量存在于切换模块6的输出端子处的电压。
35.随动控制装置10掌握切换模块6的输出端子处的电压值的该信息，并操控切换模块6的功率开关，以便调整切换使得切换模块6的输出电压等于整定值，该整定值在此为400伏。
36.以已知的方式，交流直流转换器8是具有功率因数校正的转换器，并且控制模块7相应地操控切换模块6的功率开关。
37.图2是示出切换模块6的输出端子处（因此在交流直流转换器8的输出端）的电压umc随时间变化的轮廓的曲线。因此，该电压umc是由交流直流转换器8输送的电压。
38.图2中用水平的直线示出了整定电压vc，在此为400伏，这条直线对应于用于随动控制装置10的整定电压。
39.考虑到与常用的电子组件的性质相关的约束条件，交流直流转换器输出端的实际电压是在该整定电压vc两侧振荡的电压。此外，电子组件的制造差异导致对该电压的随动控制的不确定性，于是，不是完全像实线曲线12一样振荡，而是在不确定性曲线vr-min和vr-max（图2中的虚线）之间的某处振荡。
40.两条曲线vr-min和vr-max之间的间隔在此对应于由电压测量部件11的误差范围产生的不确定性。例如，对于400v电压，5%的误差范围对应于
±
20v。
41.图2还示出了由水平直线smin和smax体现的两个阈值。阈值smin对应于最小阈值，为了使交流直流转换器8能够实现其功率因数校正功能，电压umc不得下降低于该最小阈值，而阈值smax对应于电子组件的耐压阈值。
42.例如，在电网的有效电压为230v且容差为15%的地区，最大峰值电压将为(230v + 15%) x √2，即375v。因此，交流直流转换器的输出端的直流电压应大于375v，才能确保功率因数校正功能。因此，在本例中，阈值smin设定为375v。
43.在本例中，阈值smax例如是440伏。具有这样的电压阈值的组件是常见、便宜且和精确的组件。
44.在现有技术中，考虑阈值smin和smax导致整定电压vc升高，例如升高到大约410到420伏的值，从而保证下不确定性曲线vr-min高于阈值s-min。这导致上不确定性曲线vr-max可能超过阈值smax，在临界情况下达到450伏，并因此损坏组件（这正是图2所示的情况，其中上不确定性曲线vr-max可超过阈值smax）。
45.本发明通过尽可能准确地定位电压umc的曲线12使它一直位于阈值smin和smax之间而使得能够摆脱来自不确定性vr-max和vr-min的限制。
46.为此，在交流直流转换器8或整个充电器1的生产结束时，实施交流直流转换器8的校准方法。
47.在工厂大规模生产的背景下，这些操作将优选地在充电器1的装配及其到电池5的连接已经完成时执行，特别是在装配了阻止操作者接近存在触电危险的电压的安全锁和盖时，尤其不能接近交流直流转换器8的输出端和直流直流转换器9的输入端之间的连接处。
48.校准方法始于将输入连接器2连接到构成生产线一部分的高精度直流电源。该电源将预定直流电压输送到馈送端子4之间。该步骤是对通常为交流电网提供的输入连接器2的反直觉使用，但是该步骤是在生产环境中执行的，在对最终用户提倡的使用范围之外。
49.预定直流电压可以是其值以令人满意的精度已知的任何电压。这种令人满意的精度应尤其高于测量部件11的精度，例如优于
±
1%的精度。优选地，预定直流电压接近整定电压vc，甚至等于该整定电压vc。在本例中，该预定直流电压是400伏，并由精度为400伏
±
0.2%的电源施加在馈送端子4上，400伏
±
0.2%是实验室电源的常见精度。
50.在该第一步骤中，切换模块的功率开关不被激活，因为与转换器的正常操作不同，转换器输入端的电压已经是直流电压。预定直流电压除了它受到存在于切换模块6中的电子组件的因其制造和装配差异的影响之外可完全相同地在交流直流转换器8的输出端子处得到。
51.在第二步骤中，借助于测量部件11，在转换器8的输出端子处存在电压，该电压称为校准所得电压vr。当在输入端施加预定直流电压时，电压vr对应于有效存在于切换模块6的输出端的电压。如果装配是完美的，则所得电压vr将等于预定直流电压。在实际装配中，所测量的所得电压vr将不同于预定直流电压，并且将包含电压测量部件11特有的测量误差，同时虑及其精度。
52.在本例中，假设：
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预定直流电压为400伏；
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所测量的所得电压vr为405伏。
53.虑及405v和400v之差将使得能够校准转换器8，以确保该特定转换器的曲线12（图2）正确地位于阈值smin和smax之间。
54.在第三步骤中，通过仅校准电压测量部件11来校准交流直流转换器8。电压测量部件的校准如下执行：更改电压测量部件11的标定，使得当前测量的所得电压vr（在本例中为405伏）对应于预定直流电压（在本例中为400伏）。换言之，电压测量部件的该标定导致当存在等于vr（在本例中为405v）的电压时其将示出等于预定直流电压（在本例中为400v）的电压。
55.因此，在电压测量部件11内，将所得电压vr标定至预定直流电压处（从电压测量部件的角度来看，所得电压vr回到预定直流电压处）。
56.将有意地将电压测量部件11调得不准，以使其在存在校准所得电压vr时测量出等于预定直流电压的值（如果组件是完美的，则将会是这种情况）。
57.根据上述示例，在校准之后，当电压测量部件11将存在405伏的电压时，它将向控制模块7输送信息，根据该信息，测量的电压是400伏。
58.因此，电压测量部件11的校准使其向随动控制装置10给出这样的电压值：这些电压值就绝对值而言是错误的，但是它们将导致随动控制以相同的方式进行并产生相同轮廓但高度定位将不同的曲线12，因为整定电压vc将更好地居中。于是，无论校准前曲线12的定位如何，该曲线都将通过校准而重新在两端阈值smin和smax之间居中。于是，整定电压以及因此的不确定性曲线vr-min和vr-max之间的间隔也在两端阈值smin和smax之间居中，从而没有越过其中一个阈值的风险。
59.该校准方法结束于将电压测量部件11的该标定存储在微控制器中，可以在充电器1的整个生命周期中保存该标定。
60.然而，在维护阶段中，也可以再次实施该校准方法，以便响应于例如与这些组件的老化相关的组件漂移而使整定值vc再次重新在阈值smin和smax之间居中。
61.为了实施刚刚描述的方法，控制模块7至少包括以下两种模式：
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标称操作模式，其中输入连接器2连接到交流电网，并且随动控制装置10将由切换模块6输送的直流电压随动控制为整定电压vc；
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校准模式，其中输入连接器2连接到具有预定直流电压的电源，并且通过标定来校准电压测量部件11，所述标定使由切换模块6输送的所得电压回到预定直流电压处。
62.这些模式可以编程到构成控制模块7的微控制器中，微控制器被编程为通过外部命令或者当检测到与输送预定直流电压的电源的连接时从标称操作模式切换到校准模式。
63.在不脱离本发明的范围的情况下，可以实现实施变型。例如，充电器1可以被提供用于三相电网，于是输入连接器2包括四个相。