开关装置及其操作方法

申请号 CN201611069132.5 申请日 2016-11-28 公开(公告)号 CN107465344A 公开(公告)日 2017-12-12
申请人 现代自动车株式会社; 发明人 河泰宗; 吕寅勇; 李岱雨; 李允植;
摘要 本 发明 提供一种彼此并联连接的初级 电路 的 开关 装置及其操作方法。开关装置包括连接在施加车辆功率的电源部件和接地部件之间的第一模 块 。提供多个第一模块和多个第二模块。进一步地,第二模块并联连接到第一模块。
权利要求

1.一种开关装置,其包括:
第一模,其连接在被施加车辆功率的电源部件和接地部件之间;以及第二模块,其并联连接到所述第一模块。
2.根据权利要求1所述的开关装置,其中所述第一模块包括开关。
3.根据权利要求1所述的开关装置,其中所述第二模块包括开关和二极管
4.根据权利要求1所述的开关装置,其中所述第一模块和所述第二模块经由变压器连接到次级电路
5.根据权利要求1所述的开关装置,其中当施加功率时,所述第一模块或所述第二模块被操作,或者所述第一模块和所述第二模块同时被操作。
6.一种操作开关装置的方法,其包括以下步骤:
通过控制器确定车辆所需的负载量;
通过所述控制器将所述车辆所需的负载量与第一模块中的第一最大输出进行比较;
当所述车辆所需的负载量大于所述第一模块中的所述最大输出时,通过所述控制器将车辆所需的负载量与第二模块中的第二最大输出进行比较;
当所述车辆所需的负载量大于所述第二模块中的所述第二最大输出时,通过所述控制器将所述车辆所需的负载量与所述第一模块和所述第二模块中的相加的第三最大输出进行比较;以及
当所述车辆所需的负载量大于所述第一模块和所述第二模块中的所述相加的第三最大输出时,通过所述控制器确定所述车辆所需的负载量是否为零。
7.根据权利要求6所述的方法,还包括以下步骤:
当所述车辆所需的负载量小于所述第一模块中的所述第一最大输出时,通过所述控制器操作所述第一模块。
8.根据权利要求7所述的方法,其中在所述第一模块的操作中,多个开关被操作。
9.根据权利要求6所述的方法,还包括以下步骤:
当所述车辆所需的负载量小于所述第二模块中的所述第二最大输出时,通过所述控制器执行用于分配所述车辆所需的负载量的计算;以及
通过所述控制器不同地执行所述第一模块的开关控制和所述第二模块的开关控制。
10.根据权利要求6所述的方法,还包括以下步骤:
当所述车辆所需的负载量小于所述第一模块和所述第二模块中的所述相加的第三最大输出时,通过所述控制器操作所述第二模块。
11.根据权利要求10所述的方法,其中在所述第二模块的操作中,多个开关和二极管同时被操作。
12.根据权利要求6所述的方法,还包括以下步骤:
当所述车辆所需的负载量为零时,通过所述控制器终止转换器的输出。
13.根据权利要求6所述的方法,还包括以下步骤:
当所述车辆所需的负载量大于零时,通过所述控制器操作所述第一模块和所述第二模块两者。
14.根据权利要求6所述的方法,其中所述第一模块和所述第二模块经由变压器连接到次级电路以被操作。

说明书全文

开关装置及其操作方法

[0001] 相关申请的交叉引用
[0002] 本申请基于并要求于2016年6月3日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2016-0069666的优先权权益,该申请的公开内容以引用的方式全文并入本文。

技术领域

[0003] 本公开涉及一种开关装置及其操作方法,并且更具体地,涉及彼此并联连接的初级电路的开关装置。

背景技术

[0004] 通常,作为环保车辆的电动车辆(EV)和混合动电动车辆(HEV)通过电池电力由电动机的力驱动。由于此类环保车辆也由电动机的力驱动,因此高电压大容量电池(下文中称为主电池)以及将主电池的电压转换为低电压以给辅助电池诸如交流发电机充电的低电压直流(DC)-DC转换器(LDC)设置在环保车辆中。例如,辅助电池包括用于车辆以起动车辆并且向车辆的各种电子部件供电的电池。
[0005] 另外,LDC改变主电池的电压,以提供用于车辆的电子负载的电压,并且供应变化的电压。进一步地,根据现有技术,为了在高电子负载需要高电压时(例如,当使用前照灯时)防止高电子负载的性能劣化,LDC的输出电压增加。然而,当环保车辆中LDC的输出电压增加时,主电池的消耗功率增加,并且车辆的整体燃料效率因主电池的消耗功率增加而降低。因此,由于调节环保车辆中的电池消耗是与车辆的整体性能相关联的关键问题,因而需要一种有效地调节电池的消耗的方法。
[0006] 在本部分中公开的上述信息仅用于增强对本发明的背景的理解,因此其可以包含不形成在本国对于本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

[0007] 本公开提供以并联结构连接的开关装置及其操作方法。具体地,一种技术包括初级电路的开关装置并联连接。本公开的其他目的和优点可以通过以下描述来理解,并且将通过本公开的示例性实施方式清楚地描述。将容易地知道,本公开的目的和优点可以通过所附权利要求中所示的方式及其组合实现。
[0008] 根据本公开的示例性实施方式,开关装置可以包括连接在被供应有车辆功率的电源部件和接地部件之间的第一模。可以包括多个第一模块和多个第二模块。第二模块可以与第一模块并联连接。第一模块可以包括开关。第二模块可以包括开关和二极管。第一模块和第二模块可以通过变压器连接到次级电路。当施加功率时,第一模块或第二模块可以被操作,或者第一模块和第二模块可以同时操作。
[0009] 根据本公开的另一个示例性实施方式,用于操作开关装置的方法可以包括:通过控制器确定车辆所需的负载量;通过控制器将车辆所需的负载量与在第一模块中的最大输出P1进行比较;当车辆所需的负载量大于第一模块中的最大输出P1时,通过控制器将车辆所需的负载量与第二模块中的最大输出P2进行比较;当车辆所需的负载量大于第二模块中的最大输出P2时,通过控制器将车辆所需的负载量与第一模块和第二模块中的相加的最大输出P3进行比较;以及当车辆所需的负载量大于第一模块和第二模块中的相加的最大输出P3时,通过控制器确定车辆所需的负载量是否为零。
[0010] 该方法还可包括当车辆所需的负载量小于第一模块中的最大输出P1时,操作第一模块。另外,第一模块的操作可以包括多个开关的操作。在一些示例性实施方式中,该方法还可包括:当车辆所需的负载量小于第二模块中的最大输出P2时,由控制器执行用于分配车辆所需的负载量的计算,并且不同地调节第一模块和第二模块的开关控制。在其他示例性实施方式中,该方法还可包括当车辆所需的负载量小于第一模块和第二模块中的相加的最大输出P3时,操作第二模块。
[0011] 进一步地,在第二模块的操作期间,多个开关和二极管可以彼此一起操作。该方法还可包括当车辆所需的负载量为零时,终止转换器的输出。具体地,该方法还可包括当车辆所需的负载量不为零时,操作第一模块和第二模块两者。第一模块和第二模块可以通过变压器连接到次级电路以被操作。附图说明
[0012] 从以下结合附图的详细描述中,本公开的上述和其他目的、特征和优点将更加显而易见。
[0013] 图1是示意性地示出根据本公开的示例性实施方式的移相全桥转换器中的开关装置的示例性图;
[0014] 图2是示出根据本公开的示例性实施方式的以并联结构连接的开关装置的示例性图;
[0015] 图3是示出根据本公开的示例性实施方式的开关装置的效率的示例性曲线图;以及
[0016] 图4是示出根据本公开的示例性实施方式的用于控制转换器的并行驱动的方法的示例性流程图
[0017] 附图中各个元件的符号
[0018] 100:输入部
[0019] 110:开关部
[0020] 120:变压器
[0021] 130:滤波部

具体实施方式

[0022] 将从下面参照附图详细描述的示例性实施方式描述本公开的优点和特征以及实现这些优点和特征的方法。然而,本公开不限于本文所阐述的示例性实施方式,而是还可以以许多不同的形式进行修改。提供本公开的示例性实施方式仅仅是为了详细描述本公开的精神,使得本领域的技术人员可以容易地实现本公开的精神。在附图中,本公开的示例性实施方式不限于所示的具体形式,而是为了清楚起见而被放大。在本说明书中,已经使用了具体术语,但是其仅用于描述本公开的目的,并且不用于限定所附权利要求中公开的本公开的含义或限制其范围。
[0023] 在下文中,将参照附图详细描述本公开的示例性实施方式。应当注意,在给每个附图的部件赋予附图标记时,即使相同的部件在不同的附图中示出,所述相同的部件也将由相同的附图标记表示。进一步地,在描述本公开的示例性实施方式时,在公知的结构或功能可能不必要地模糊对本公开的示例性实施方式的理解的情况下,将不详细描述这些公知的结构或功能。
[0024] 本文使用的术语仅出于描述特定示例性实施方式的目的,而并非旨在限制本公开。如本文所使用,除非上下文另有明确指示,否则单数形式“一(a)”、“一个(an)”和“该(the)”旨在也包括复数形式。还将理解的是,术语“包括/包含(comprises)”和/或“包括/包含(comprising)”当在本说明书中使用时,其指所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在,但不排除一个或多个其他特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其群组的存在或添加。如本文所用,术语“和/或”包括一个或多个相关联所列项目的任何和所有组合。例如,为了使本发明的描述清楚,未示出不相关的部分,并且为了清楚起见放大了层和区的厚度。进一步地,当表述一层在另一层或衬底“上”时,该层可以直接地在另一层或衬底上,或者可在其间设置第三层。
[0025] 此外,本发明的控制逻辑可以实现为包含可由处理器、控制器等执行的可执行程序指令的计算机可读介质上的非暂时性计算机可读介质。计算机可读介质的实例包括但不限于,ROM、RAM、光盘(CD)-ROM、磁带、软盘、快闪驱动器智能卡和光学数据存储装置。计算机可读记录介质还可以分布在连接网络的计算机系统中,以便,例如通过远程信息处理(telematics)服务器或控制器局域网(CAN)以分布式模式存储和执行计算机可读介质。
[0026] 除非具体说明或从上下文明显得到,否则本文所用的术语“约”理解为在本领域的正常容许范围内,例如在均值的2个标准差范围内。“约”可以理解为在所述数值的10%、9%、8%、7%、6%、5%、4%、3%、2%、1%、0.5%、0.1%、0.05%或0.01%内。除非另外从上下文清楚得到,本文提供的所有数值都由术语“约”修饰。
[0027] 应理解,本文使用的术语“车辆”或“车辆的”或其它类似术语包括通常的机动车,例如,包括多功能运动车(SUV)、公共汽车卡车、各种商务车的客车,包括各种船只和船舶运工具,飞行器等等,并且包括混合动力车、电动车、插入式混合电动车、氢动力车和其它代用燃料车(例如,来源于石油以外的资源的燃料)。
[0028] 图1是示意性地示出根据本公开的示例性实施方式的移相全桥转换器中的开关装置的示例性配置图。参照图1,移相全桥转换器可包括连接到电池或AC-DC功率因数校正(PFC)输出端子而施加电力的输入部100;开关部110,其被配置为将DC电压转换为交流(AC)电压;变压器120,其被配置为基于绝缘和变压比执行变换;以及整流和滤波部130,其被配置为将AC电压转换为DC电压并执行电压平滑操作。例如,移相全桥转换器可以包括初级电路和次级电路,该初级电路包括输入部100和开关部110,并且次级电路可以包括与变压器120相关的整流和滤波部130。
[0029] 具体地,移相全桥转换器可以包括开关部110,其被配置为基于移相控制接收开关信号,并且在轻负载时在超前桥臂(LE)和滞后桥臂(LA)中形成零电压开关(ZVS)。变压器120可以被配置为以预定的电压电平输出开关部110的输出电压,并且整流和滤波部130可以被配置为转换从变压器120传送的AC电压的频率特性,将具有转换的频率特性的AC电压整流为DC电压,并且然后对整流后的DC电压进行滤波。
[0030] 图2是示出基于本公开的示例性实施方式的以并联结构连接的开关装置的示例性图。参照图2,开关部110具有超前桥臂(LE)电路和滞后桥臂(LA)电路,每个电路均可以包括多个开关。超前桥臂(LE)电路和滞后桥臂(LA)电路可以彼此相对地设置以具有互补关系。
[0031] 进一步地,开关部110可以被配置为交替地切换输入电压并将DC电压转换成要传送到变压器120的AC电压。另外,超前桥臂(LE)电路和滞后桥臂(LA)电路各自均可包括四个开关:1a和1b、2a和2b、1c和1d以及2c和2d。开关2a、2b、2c和2d中的每一个可以连接到反并联二极管D1、D2、D3和D4中的每一个。例如,开关部110的开关1a、1b、1c和1d可以被定义为第一模块或第一开关模块。开关2a、2b、2c和2d以及反并联二极管D1、D2、D3和D4可以被定义为第二模块或第二开关模块。与第二模块的开关不同,第一模块的开关可以具有不存在反并联二极管的特性。因此,在开关操作期间没有由于反并联二极管造成的损耗,并且在零电压开关不能平滑地执行的低负载区中,开关损耗可以显著减小。
[0032] 另外,变压器120的初级端子可以连接在(A)超前桥臂(LE)电路的两个开关1a和1b以及2a和2b之间,以及连接在(B)滞后桥臂(LA)电路的两个开关1c和1d以及2c和2d之间。如上所述配置的开关部110的超前桥臂(LE)电路和滞后桥臂(LA)电路可以在具有预定比率的占空比时互补操作。例如,可以通过超前桥臂(LE)电路和滞后桥臂(LA)电路之间的移相控制来确定约50%的占空比和开关部110的输出。
[0033] 图3是示出根据本公开的示例性实施方式的开关装置的效率的示例性曲线图。参照图3,第一模块C可以包括改善车辆所需负载量(例如,电子负载的量)的主区的低负载的效率的开关。第二模块D可以是改善车辆所需负载量的重负载和高负载的效率的开关。移相全桥转换器可以包括根据本公开的示例性实施方式的开关装置,其使用第一模块C和第二模块D两者,并且以并联结构配置第一模块C和第二模块D。因此,可以改善车辆所需负载量的低负载的效率并减小移相全桥转换器的总尺寸。
[0034] 图4是示出根据本公开的示例性实施方式的用于控制转换器的并行驱动的方法的示例性流程图。参照图4,可以操作移相全桥转换器(S11)。车辆的控制器可以被配置为确定车辆所需的负载量以调节转换器的输出并操作模块(S13)。控制器然后可以被配置为将车辆所需的负载量与第一模块中的最大输出P1进行比较(S15)。当车辆所需的负载量小于第一模块中的最大输出P1时,第一模块可以被配置为由控制器操作(S17)。然而,当车辆所需的负载量大于第一模块中的最大输出P1时,控制器可以被配置为将车辆所需的负载量与第二模块中的最大输出P2进行比较(S19)。
[0035] 当车辆所需的负载量小于第二模块中的最大输出P2时,控制器可以被配置为执行用于分配车辆所需的负载量的计算,并且可以不同地执行第一模块的开关控制和第二模块的开关控制,以使转换器的效率最大化(S21至S23)。换句话说,当第一模块的最大输出P1为约10并且第二模块的最大输出P2为约90时,车辆所需的负载量的输出比可以为约15和30,并且可以彼此不同地设定。例如,详细的输出比可以对应于如图3所示的示出各个模块的效率的曲线图。通常,效率可以在模块中每一个的最大输出的约30%至40%的水平下最大化。
[0036] 当车辆所需的负载量大于第二模块中的最大输出P2时,车辆的控制器可以被配置为将车辆所需的负载量与第一模块和第二模块中相加的最大输出P3进行比较(S25)。当车辆所需的负载量小于第一模块和第二模块中相加的最大输出P3时,第二模块可以由控制器操作(S27)。当车辆所需的负载量大于第一模块和第二模块中相加的最大输出P3时,控制器可以被配置为确定车辆所需的负载量是否为零(S29)。换句话说,控制器可以被配置为确定是否请求转换器的输出停止。当车辆所需的负载量为零时,可以终止转换器的输出(S31)。然而,当车辆所需的负载量大于零时,第一模块和第二模块两者都可以由控制器操作。例如,控制器可以被配置为执行最大驱动操作的调节,以使转换器的输出最大化(S33)。
[0037] 如上所述,根据本公开的示例性实施方式,开关装置可以彼此并联连接,由此使得可以加强针对开关装置的故障的故障保护。进一步地,根据本公开,可以调节半导体器件之间的电流的平衡,并且可以在最大效率操作点下进行操作。进一步地,根据本公开,由于开关装置彼此并联连接,所以可以改善低负载下的功率转换的效率。
[0038] 在上文中,尽管已经参照示例性实施方式和附图描述了本公开,但本公开不限于此,而是在不脱离所附权利要求书中要求保护的本公开的精神和范围的情况下可以由本公开所属领域的技术人员进行各种修改和改变。
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