本發(fā)明涉及一種用于改善功率因數(shù)的電路以及應(yīng)用該電路的車輛充電器。

背景技術(shù)：

近來(lái)，無(wú)污染的環(huán)境友好型車輛變得突出。這種環(huán)境友好型車輛通常使用以高壓向電池充電的變換器。變換器需要意圖升高電壓并改善功率因數(shù)的功率因數(shù)校正(PFC)電路。

PFC電路需要高額定電壓和高電容，因此使用在設(shè)計(jì)時(shí)考慮對(duì)封裝最有利的電解電容器。

盡管電解電容器很小，但是電解電容器可滿足高額定電壓和高電容。然而，電解電容器具有液體物質(zhì)的電介質(zhì)，因此由于電流應(yīng)力(電流紋波)導(dǎo)致的可靠性的劣化已出現(xiàn)嚴(yán)重的問(wèn)題。

例如，當(dāng)電解電容器暴露在大量紋波電流下時(shí)，電解質(zhì)會(huì)蒸發(fā)。因此，電介質(zhì)將不能適當(dāng)?shù)毓ぷ?，而這樣會(huì)導(dǎo)致電容器的電容下降。

此外，上述變換器利用高壓交流電(AC)作為輸入，并且涉及高頻開(kāi)關(guān)。因此，在電磁兼容性(EMC)方面，變換器具有明顯缺點(diǎn)。

當(dāng)不能建立對(duì)EMC的應(yīng)對(duì)措施時(shí)，除了作為單個(gè)單元的變換器之外，整車的市銷性也會(huì)降低。更嚴(yán)重地，會(huì)產(chǎn)生不滿足車輛法規(guī)的風(fēng)險(xiǎn)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此，本發(fā)明旨在提出一種用于減少電流應(yīng)力的功率因數(shù)改善電路以及應(yīng)用該電路的車輛充電器，其大致消除由現(xiàn)有技術(shù)的限制和劣勢(shì)所導(dǎo)致的一個(gè)或多個(gè)問(wèn)題。

此外，本發(fā)明的另一目標(biāo)是提供一種用于改善EMC性能的功率因數(shù)改善電路以及應(yīng)用該電路的車輛充電器。

為了實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)和其他優(yōu)勢(shì)，并且根據(jù)本發(fā)明的目的，如本文所體現(xiàn)和廣泛描述的那樣，一種功率因數(shù)改善電路包括：輸入端；以及輸出端，該輸出端連接于輸入端以通過(guò)輸入端來(lái)改善功率因數(shù)，其中，輸出端包括形成在用于輸出的電解電容器的兩側(cè)的非電解電容器，以及形成在每個(gè)非電解電容器和電解電容器之間的第一電感器。

輸入端可包括彼此串并聯(lián)連接的輸入電源、第二電感器、二極管，以及絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(IGFET)電路。

每個(gè)非電解電容器可以都是薄膜電容器或陶瓷電容器。

第一電感器可以在電解電容器的兩側(cè)耦合。

非電解電容器可與第一電感器并聯(lián)連接。

本發(fā)明的另一方面，提供一種用于為高壓電池充電的車輛充電器，包括：功率因數(shù)改善電路，其包括輸入端，以及連接于輸入端且被配置成通過(guò)輸入端改善功率因數(shù)的輸出端；以及直流-直流變換器，其連接至輸出端，其被配置成將包含從功率因數(shù)改善電路輸出的正弦波在內(nèi)的第一直流電壓逆變成交流電壓，并且被配置成將逆變的交流電壓轉(zhuǎn)換成第二直流電壓。

輸出端可包括形成在用于輸出的電解電容器的兩側(cè)的非電解電容器，以及形成于每個(gè)非電解電容器和電解電容器之間的第一電感器。

輸入端可包括彼此串并聯(lián)連接的輸入電源、第二電感器、二極管，以及絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管電路。

每個(gè)非電解電容器可以是薄膜電容器或陶瓷電容器。

第一電感器可在電解電容器的兩側(cè)耦合。

直流-直流變換器可對(duì)應(yīng)于升壓變換器。

非電解電容器可與第一電感器并聯(lián)連接。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上對(duì)于本發(fā)明一般性描述以及下文的詳細(xì)描述都是示例性和說(shuō)明性的，其意圖對(duì)權(quán)利要求所主張的本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

附圖說(shuō)明

用于提供對(duì)本發(fā)明的進(jìn)一步理解的、并且包含在本申請(qǐng)并構(gòu)成本申請(qǐng)一部分的附圖，示出本發(fā)明的實(shí)施方式，并且與描述一起起到闡 釋本發(fā)明原理的作用。在附圖中：

圖1是示出功率因數(shù)改善電路的一個(gè)實(shí)施例的電路圖；

圖2是示出車輛充電器的一個(gè)實(shí)施例的電路圖；

圖3是示出與圖1和圖2的功率因數(shù)改善電路進(jìn)行比較的常規(guī)功率因數(shù)改善電路的電路圖；以及

圖4是示出與圖1和圖2的功率因數(shù)改善電路進(jìn)行比較的功率因數(shù)改善電路的電路圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)將詳細(xì)參考本發(fā)明的實(shí)施方式，其中本發(fā)明的實(shí)施方式的實(shí)施例將在附圖中示出。在任何情況下，貫穿附圖，相同的附圖標(biāo)記用于表示相同或是相似的部件，并且其重復(fù)描述將被省略。

在下文實(shí)施例中描述的術(shù)語(yǔ)將僅用于描述特定的實(shí)施例，并且其不意在將本發(fā)明限制于此。

例如，在本說(shuō)明書中所公開(kāi)的后綴“端”是僅基于撰寫說(shuō)明書的簡(jiǎn)易性來(lái)應(yīng)用或是結(jié)合的，并且后綴“端”不具有區(qū)別意思或功能。

此外，包括序數(shù)，例如在下文本發(fā)明的實(shí)施方式中描述的“第一”和“第二”的術(shù)語(yǔ)可用于描述各組件。然而，上述組件不受這些術(shù)語(yǔ)的限制。上述術(shù)語(yǔ)將用于將一個(gè)組件與另一組件區(qū)分開(kāi)。

此外，應(yīng)該理解的是，除非在上下文中的表達(dá)具有清晰的不同的意思，否則在本發(fā)明的各實(shí)施方式和權(quán)利要求的描述中所使用的單數(shù)表達(dá)包括復(fù)數(shù)表達(dá)。

此外，應(yīng)當(dāng)理解的是，在下文本發(fā)明的實(shí)施方式中公開(kāi)的術(shù)語(yǔ)“和/或”包括在所列出的有關(guān)細(xì)節(jié)中的一個(gè)或多個(gè)項(xiàng)的任意或是全部可能的組合。

此外，除非另有提及，否則由于相應(yīng)的元件可以是固有的，因此在下文的本發(fā)明的實(shí)施方式中所描述的術(shù)語(yǔ)“包括”，“形成”等不應(yīng)當(dāng)解釋為排除其他元件，而是應(yīng)當(dāng)解釋為還包括這些其他元件。

<功率因數(shù)改善電路的實(shí)施例>

圖1示出功率因數(shù)改善電路100的實(shí)施例。

在圖1中，功率因數(shù)改善電路100包括輸入端110和輸出端120 以改善功率因數(shù)。

輸入端110可控制輸入電流或輸入電壓，從而使輸入電流的峰值跟隨(follow)輸入電壓。

基于此目的，輸入端110包括電源111、連接至電源111的電感器112、在電源111和電感器112之間并聯(lián)連接的第一二極管113，連接至電感器112的第二二極管114，以及在電感器112和第二二極管114之間并聯(lián)連接的絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(IGFET)電路115。

同時(shí)，通過(guò)跟隨輸入端110的輸入電壓，輸出端120可連接至輸入端110以產(chǎn)生正弦波，因此，可改善功率因數(shù)并且應(yīng)對(duì)諧波脈動(dòng)率(harmonic regulation)。

基于該目的，輸出端120可形成用于輸出的電解電容器121以及與電解電容器121的兩側(cè)相連的非電解電容器122和122。

一般地，電解電容器121具有廣為人知的液體物質(zhì)的電介質(zhì)，因此由于電流應(yīng)力(電流紋波)而會(huì)產(chǎn)生可靠性的下降。

就這一點(diǎn)而言，為了防止因電流應(yīng)力產(chǎn)生的可靠性的下降，可將非電解電容器122和122連接在電解電容器121的兩側(cè)，并且可以在每個(gè)非電解電容器122和122與電解電容器121之間形成第一電感器123和123。

在這種情況下，非電解電容器122和第一電感器123形成在電解電容器121的左側(cè)。

在電路中彼此的連接關(guān)系如下文所述：左側(cè)非電解電容器122可與輸入端110并聯(lián)連接，左側(cè)第一電感器123可與左側(cè)非電解電容器122并聯(lián)連接，左側(cè)第一電感器123可與用于輸出的電解電容器121并聯(lián)連接。

當(dāng)非電解電容器122和第一電感器123如上所述形成在電解電容器121的左側(cè)時(shí)，電容器和電感器可起到PFC電路的輸出端120的CL濾波器的作用。如上所述，CL濾波器可減少因電解電容器121產(chǎn)生的電流應(yīng)力(紋波電流)。

在此，左側(cè)非電解電容器122可被制成為薄膜電容器或陶瓷電容器，并且在左側(cè)非電解電容器122和電解電容器121之間形成的第一電感器123可具有耦合結(jié)構(gòu)。

左側(cè)第一電感器123具有用于改善EMC問(wèn)題的耦合結(jié)構(gòu)。

例如，當(dāng)一個(gè)第一電感器123形成在左側(cè)非電解電容器122和電解電容器121之間時(shí)，在從輸入端110產(chǎn)生的高壓之間會(huì)出現(xiàn)因噪聲導(dǎo)致的相位差，因相位差而產(chǎn)生的高壓共模噪聲會(huì)留在輸出端120，因此會(huì)引起嚴(yán)重的EMC問(wèn)題。

因此，耦合的第一電感器123形成在左側(cè)非電解電容器122和電解電容器121之間，來(lái)防止上述EMC問(wèn)題。

同時(shí)，第一電感器123和非電解電容器122可形成在用于輸出的電解電容器121的右側(cè)。

在電路中彼此之間的連接關(guān)系將如下文所述：右側(cè)第一電感器123可與電解電容器121并聯(lián)連接，右側(cè)非電解電容器122可與右側(cè)第一電感器123并聯(lián)連接。

當(dāng)?shù)谝浑姼衅?23和非電解電容器122如上所述形成在電解電容器121的右側(cè)時(shí)，電感器和電容器可起到PFC電路的輸出端120的LC濾波器的作用。LC濾波器可減少與輸出端120相連的直流-直流變換器的輸入紋波電流，因此，如上所述，可最終減少因電解電容器121產(chǎn)生的電流應(yīng)力(紋波電流)。

在此，右側(cè)的非電解電容器122可被制造成薄膜電容器或陶瓷電容器，并且形成在電解電容器121與右側(cè)非電解電容器122之間的第一電感器123可具有耦合結(jié)構(gòu)。

右側(cè)第一電感器123具有耦合結(jié)構(gòu)以改善EMC問(wèn)題。

例如，當(dāng)一個(gè)第一電感器123形成于右側(cè)非電解電容器122和電解電容器121之間時(shí)，在從輸入端110產(chǎn)生的高壓之間會(huì)出現(xiàn)因噪聲導(dǎo)致的相位差，并且因相位差而產(chǎn)生的高壓共模噪聲會(huì)留在輸出端120，從而引起嚴(yán)重的EMC問(wèn)題。

因此，在右側(cè)非電解電容器122和電解電容器121之間形成耦合的第一電感器123，以防止上述EMC問(wèn)題。

如同從上文描述中所理解的，在電解電容器121的兩端施加耦合的第一電感器123和123，從而平衡從輸入端110產(chǎn)生的高壓鏈路的(+)/(-)之間的電感，從而減少高壓共模噪聲。以這種方式，可以改善功率因數(shù)改善電路100的EMC性能。

<充電器實(shí)施例>

圖2是示出車輛200的充電器的一個(gè)實(shí)施例。

參考圖2，根據(jù)實(shí)施例的車輛200的充電器包括功率因數(shù)改善電路和DC-DC變換器230，用于向高壓電池充電，并且功率因數(shù)改善電路包括輸入端210和輸出端220。

輸入端210可控制輸入電流或輸入電壓，從而使輸入電流的峰值跟隨輸入電壓。

基于該目的，輸入端210包括電源211、連接至電源211的電感器212、在電源211和電感器212之間并聯(lián)連接的第一二極管213，連接至電感器212的第二二極管214，以及在電感器212和第二二極管214之間并聯(lián)連接的絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管(IGFET)電路215。

同時(shí)，通過(guò)跟隨輸入端210的輸入電壓，輸出端220可連接至輸入端210以產(chǎn)生正弦波，從而改善功率因數(shù)并應(yīng)對(duì)諧波脈動(dòng)率。

基于該目的，輸出端220可形成用于輸出的電解電容器221，以及與電解電容器221的兩側(cè)相連的非電解電容器222和222。

一般地，電解電容器221具有廣為人知的液體物質(zhì)的電介質(zhì)，因此由于電流應(yīng)力(電流紋波)會(huì)產(chǎn)生可靠性的下降。

在這方面，為了防止因電流應(yīng)力導(dǎo)致的可靠性的下降，可在電解電容器221的兩側(cè)連接非電解電容器222和222，并且可在每個(gè)非電解電容器222和222與電解電容器221之間形成第一電感器223和223.

在這種情況下，在電解電容器221的左側(cè)形成非電解電容器222和第一電感器223。

在電路中彼此的連接關(guān)系如下文所述：左側(cè)非電解電容器222可與輸入端210并聯(lián)連接，左側(cè)第一電感器223可與左側(cè)非電解電容器222并聯(lián)連接，并且左側(cè)第一電感器223可與用于輸出的電解電容器221并聯(lián)連接。

當(dāng)非電解電容器222和第一電感器223如上所述形成在電解電容器221的左側(cè)時(shí)，電容器和電感器可起到PFC電路的輸出端220的CL濾波器的作用。如上所述，CL濾波器可減少因電解電容器221產(chǎn)生的電流應(yīng)力(紋波電流)。

在此，左側(cè)非電解電容器222可制成為薄膜電容器或陶瓷電容器， 并且形成于左側(cè)非電解電容器222和電解電容器221之間的第一電感器223可具有耦合結(jié)構(gòu)。

左側(cè)第一電感器223具有用于改善EMC問(wèn)題的耦合結(jié)構(gòu)。

例如，當(dāng)一個(gè)第一電感器223形成于左側(cè)非電解電容器222和電解電容器221之間時(shí)，在從輸入端210產(chǎn)生的高壓之間會(huì)出現(xiàn)因噪聲導(dǎo)致的相位差，并且由于相位差而導(dǎo)致的高壓共模噪聲將留在輸出端220，從而引起嚴(yán)重的EMC問(wèn)題。

因此，在左側(cè)非電解電容器222和電解電容器221之間形成耦合的第一電感器223，來(lái)防止上述EMC問(wèn)題。

同時(shí)，第一電感器223和非電解電容器222可形成在用于輸出的電解電容器221的右側(cè)。

電路中彼此之間的連接關(guān)系如下文所述：右側(cè)第一電感器223可與電解電容器221并聯(lián)連接，右側(cè)非電解電容器222可與右側(cè)第一電感器223并聯(lián)連接。

當(dāng)?shù)谝浑姼衅?23和非電解電容器222如上所述形成在電解電容器221的右側(cè)時(shí)，電感器和電容器可起到PFC電路的輸出端220的LC濾波器的作用。LC濾波器可減少連接至輸出端220的DC-DC變換器230的輸入紋波電流，因此，如上所述，可被認(rèn)為是最終減少因電解電容器221產(chǎn)生的電流應(yīng)力(紋波電流)。

在此，右側(cè)的非電解電容器222可被制成為薄膜電容器或陶瓷電容器，并且形成于電解電容器221和右側(cè)非電解電容器222之間的第一電感器223可具有耦合結(jié)構(gòu)。

右側(cè)第一電感器223具有用來(lái)改善EMC問(wèn)題的耦合結(jié)構(gòu)。

例如，當(dāng)一個(gè)第一電感器223形成于右側(cè)非電解電容器222和電解電容器221之間時(shí)，在從輸入端210產(chǎn)生的高壓之間會(huì)出現(xiàn)因噪聲導(dǎo)致的相位差，并且因相位差而導(dǎo)致的高壓共模噪聲會(huì)留在輸出端220處，從而引起嚴(yán)重的EMC問(wèn)題。

因此，耦合的第一電感器223形成在右側(cè)非電解電容器222和電解電容器221之間，以防止上述EMC問(wèn)題。

如同從上文描述所理解的，在電解電容器221的兩端應(yīng)用耦合的第一電感器223和223，從而平衡從輸入端210產(chǎn)生的高壓鏈路的(+) /(-)之間的電感，從而減少高壓共模噪聲。以這種方式，可以改善功率因數(shù)改善電路100的EMC性能。

在示例性實(shí)施例中，DC-DC變換器230連接至輸出端220，以將包括從功率因數(shù)改善電路輸出的正弦波的第一DC電壓逆變成AC電壓，并且將逆變的AC電壓轉(zhuǎn)換成第二DC電壓。

DC-DC變換器230優(yōu)選地對(duì)應(yīng)于升壓變換器。

例如，升壓變換器可包括四個(gè)與輸出端220并聯(lián)連接的IGFET電路231，在IGFET電路231的上、下IGFET電路之間并聯(lián)連接的一對(duì)電感器232，四個(gè)與電感器232并聯(lián)連接的二極管233，連接至四個(gè)二極管233的輸出端的電感器236，以及兩個(gè)電解電容器235，其中每個(gè)電解電容器235都具有連接至四個(gè)二極管233的輸入端的一端，以及連接至電感器236的另一端。

然而，本發(fā)明不限于上文所述的升壓變換器的電路配置。此外，當(dāng)使用與升壓變換器不對(duì)應(yīng)的變換器來(lái)改善功率因數(shù)并升高電壓時(shí)，該變換器可被包含在本實(shí)施例中的DC-DC變換器的種類中。

<比較實(shí)施例>

圖3是示出與圖1和圖2的功率因數(shù)改善電路進(jìn)行比較的常規(guī)功率因數(shù)改善電路的電路圖，圖4是示出與圖1和圖2的功率因數(shù)改善電路進(jìn)行比較的功率因數(shù)改善電路的電路圖。

參考圖3，常規(guī)功率因數(shù)改善電路包括具有與參考圖1和圖2所述的輸入端110和210中的每個(gè)相同的電路配置的輸入端。然而，與圖1和圖2的輸出端120和220不同的是，常規(guī)功率因數(shù)改善電路在輸出端10A僅包括一個(gè)電解電容器10。

當(dāng)輸出端10A中僅包括一個(gè)電解電容器10時(shí)，由于缺乏用于改善EMC和減少PFC輸出電解電容器的電流應(yīng)力的應(yīng)對(duì)措施，因此充電器可靠性下降以及發(fā)生EMC問(wèn)題的概率會(huì)明顯增加。

同時(shí)，與參考圖1和圖2所描述的一樣，圖4中示出的功率因數(shù)改善電路的輸出端20A包括用于輸出的電解電容器121和與電解電容器121的兩側(cè)相連的非電解電容器122和122。與圖1和圖2的耦合的第一電感器123和223不同的是，可在電解電容器121和每個(gè)非電解電容器之間配置一個(gè)電感器20。

在這種情況下，可以發(fā)現(xiàn)，由于一個(gè)電感器20，因此在高壓鏈路(+)/(-)之間會(huì)產(chǎn)生噪聲的相位差，并且會(huì)產(chǎn)生因相位差而導(dǎo)致的共模噪聲，從而引起嚴(yán)重的EMC問(wèn)題。

就此而言，當(dāng)與上文所述的圖3和圖4進(jìn)行比較時(shí)，在圖1和圖2中實(shí)施的功率因數(shù)改善電路可減少紋波電流(電流應(yīng)力)，并且解決EMC問(wèn)題。

如上所述，當(dāng)與現(xiàn)有技術(shù)比較時(shí)，本發(fā)明的實(shí)施例可獲得如下所述的有利效果：

首先，本發(fā)明的實(shí)施例通過(guò)形成于電解電容器左側(cè)的CL電路，減少了PFC輸出端的紋波電流(電流應(yīng)力)，并且通過(guò)形成在右側(cè)的LC電路減少了DC-DC變換器的輸入紋波電流(輸入電流應(yīng)力)；

第二，由于可通過(guò)耦合電感器來(lái)平衡高壓DC鏈路中的電感，因此本發(fā)明的實(shí)施方式減少了高壓共模噪聲，改善了EMC性能；

第三，由于使PFC輸出電容器的靜電容量最優(yōu)，因此本發(fā)明的實(shí)施方式可使充電器的尺寸最優(yōu)，并減少充電器的重量(改善質(zhì)量)。

第四，由于減小了輸入/輸出EMC濾波器的尺寸，因此本發(fā)明的實(shí)施方式可使充電器的大小尺寸最優(yōu)，并且減少充電器的重量(改善質(zhì)量)。

第五，由于使用了低價(jià)濾波器配置而減小用于輸出的高價(jià)電解電容器和充電器的輸入/輸出EMC濾波器的大小，因此，本發(fā)明的實(shí)施方式可減少制造成本。

已參考附圖描述了本發(fā)明的實(shí)施方式。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，在不違背本發(fā)明的精神和必要特征的情況下，本發(fā)明可以除本文所提出的其他特定的方式進(jìn)行實(shí)施。因此上述實(shí)施例在所有方面應(yīng)被解釋為示例性的而不是限制性的。

本發(fā)明可應(yīng)用于電動(dòng)車輛(EV)、混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(HEV)、插電式混合動(dòng)力電動(dòng)車輛(PHEV)、燃料電池電動(dòng)車輛(FCEV)以及純電動(dòng)車輛(BEV)。