Brevet FR3108455A1 — publié le 20210924

Titre : circuit de conversion DCDC préchargeable La présente invention divulgue un circuit de conversion DCDC préchargeable, qui comprend un module de conversion du côté haute tension connecté à l'enroulement primaire du transformateur principal T1, un module de conversion du côté basse tension connecté à l'enroulement secondaire du transformateur principal, un commandeur des modules de conversion du côté haute tension et du côté basse tension, et un module de précharge connecté en série au bus CC du module de conversion du côté basse tension, le module de précharge préchargeant le condensateur de l'équipement électrique connecté au bus CC du module de conversion du côté haute tension lorsque l'ensemble d’équipement est mise sous tension ; la présente invention surmonte les inconvénients de l'art existant et fournit un circuit de conversion DCDC préchargeable, la présente invention propose une amélioration basée sur le convertisseur DCDC existant, dans lequel le module de précharge partage la plus partie des éléments de puissance et le circuit de puissant avec le DCDC direct en ajoutant un petit nombre d'élément, ce qui permet de réduire le volume et le coût par rapport à une branche de précharge indépendante, et de simplifier le mode de commande. Figure pour l’abrégé : Figure 2 circuit de conversion DCDC préchargeable La présente invention concerne au domaine technique de la recharge de véhicules électriques, en particulier concerne un circuit de conversion DCDC préchargeable. Pour satisfaire les exigences sur l’économie d'énergie et la réduction des émissions, et la nécessité de contrôle de la pollution atmosphérique, les véhicules à énergies nouvelles sont mis en marché progressivement, parmi lesquels les véhicules électriques deviennent la force principale. Des équipements électriques des véhicules électriques ont une capacité équivalente importante, au démarrage de l’ensemble d’équipement, le courant de charge instantané est très important, provoquant souvent une brûlure du circuit ou des facteurs dangereux. Pour résoudre ce problème, l'art antérieur consiste à connecter une branche de précharge en parallèle à côté du relais principal entre la batterie à haute tension et l'équipement électrique, afin de charger d'abord doucement le condensateur avec un faible courant, et de fermer relais principal une fois la tension du condensateur augmentée et le courant de charge diminué. La branche de précharge dans l’art existant est connectée en parallèle avec le relais principal S1 (comme montrée la qui est un diagramme de principe de commande de l’ensemble d’équipement de la présente invention, dans laquelle la branche de précharge est connectée en parallèle aux deux extrémités du relais principal S1 selon l'art existant, la branche de précharge étant représentée par des lignes en pointillés, ce qui signifie que telle connexion n’est pas adoptée dans la présente invention ), la branche de précharge et le convertisseur DCDC sont séparés, présentant les inconvénients tels que des nombreux composants, un grand volume, un coût élevé et une commande compliqué. Par conséquent, un problème technique qui est urgent à résoudre pour l’homme d’art est d’intégrer la fonction de précharge dans les convertisseurs DCDC pour réutiliser autant que possible les éléments DCDC existants, réduire le volume et réduire le coût. Afin de résoudre ces inconvénients ci-dessus dans l’art existant, la présente invention propose un circuit de conversion DCDC préchargeable. La solution technique de la présente invention propose un circuit de conversion DCDC préchargeable, qui comprend un module de conversion du côté haute tension connecté à l'enroulement primaire du transformateur principal T1, un module de conversion du côté basse tension connecté à l'enroulement secondaire du transformateur principal, un commandeur des modules de conversion du côté haute tension et du côté basse tension, et un module de précharge connecté en série au bus CC du module de conversion du côté basse tension, le module de précharge préchargeant le condensateur de l'équipement électrique connecté au bus CC du module de conversion du côté haute tension lorsque l'ensemble d’équipement est mise sous tension. Le module de précharge comprend un transformateur secondaire L1, l'enroulement primaire du transformateur secondaire est connecté en série au bus CC du module de conversion du côté basse tension, une extrémité de l'enroulement secondaire du transformateur secondaire est connectée à l’anode de la neuvième diode D9 et l’autre extrémité de l'enroulement secondaire du transformateur secondaire sont connectée au bus du pôle négatif du module de conversion du côté haute tension et à une extrémité du cinquième condensateur C5, et la cathode de la neuvième diode est connectée à l'autre extrémité du cinquième condensateur et au bus du pôle positif du module de conversion du côté haute tension. Lors de la précharge, le commandeur envoie un premier signal de commande PWM au commutateur de puissance du module de conversion du côté basse tension pour convertir le courant continu connecté au module de conversion du côté basse tension en courant alternatif, et pour transmettre l’énergie électrique vers le module de conversion du côté haute tension via le transformateur secondaire L1 et la neuvième diode D9. Lors de la précharge, le commandeur commande et désactive le commutateur de puissance du bras de pont supérieur du module de conversion du côté haute tension, et envoie un deuxième signal de commande PWM au commutateur de puissance du bras de pont inférieur du module de conversion du côté haute tension. La précharge comprend une phase de démarrage lent et une phase de charge en boucle fermée, dans la phase de démarrage lent, la plage du rapport cyclique du premier signal de commande PWM est de 0% à 50%, et dans la phase de charge en boucle fermée, le rapport cyclique du premier signal de commande PWM est de 50%. Le module de conversion du côté haut tension a une structure en pont complet et comprend un premier commutateur de puissance Q1, un deuxième commutateur de puissance Q2, un troisième commutateur de puissance Q3 et un quatrième commutateur de puissance Q4. Le module de conversion du côté haut tension a une structure en demi-pont et comprend un premier commutateur de puissance Q1 et un troisième commutateur de puissance Q3. Le module de conversion du côté basse tension a une structure push-pull et comprend un cinquième commutateur de puissance Q5 et un sixième commutateur de puissance Q6. Le module de conversion du côté basse tension a une structure en pont complet et comprend un cinquième commutateur de puissance Q5, un sixième commutateur de puissance Q6, un septième commutateur de puissance Q7 et un huitième commutateur de puissance Q8. La solution de la présente invention présente les effets bénéfiques suivants : La présente invention surmonte les inconvénients de l'art existant et fournit un circuit de conversion DCDC préchargeable. La présente invention propose une amélioration basée sur le convertisseur DCDC existant, dans lequel le module de précharge partage les éléments de puissance et le circuit de puissant avec le DCDC direct en ajoutant un petit nombre d'élément, ce qui permet de réduire le volume et le coût par rapport à une branche de précharge indépendante, et de simplifier le mode de commande. La présente invention sera décrite en plus détaillé ci-après via les exemples de réalisations et les figures, dans laquelle : La est un diagramme de principe de commande de l’ensemble d’équipement selon la présente invention ; La est un schéma de câblage du mode de pont complet+ push-pull de l’exemple 1 selon la présente invention ; La est un schéma séquentiel de commande de précharge selon la présente invention ; La est un schéma de câblage du mode de pont complet + redressement total de l’exemple 2 selon la présente invention ; La est un schéma de câblage du mode de pont complet + redressement à pont complet de l’exemple 3 selon la présente invention ; La est un schéma de câblage du mode de demi-pont + push-pull de l’exemple 4 selon la présente invention ; La est un schéma de câblage du mode de demi-pont + redressement total de l’exemple 5 selon la présente invention ; La est un schéma de câblage du mode de demi-pont + redressement à pont complet de l’exemple 6 selon la présente invention. Description détaillée d’exemples de réalisation de l’invention L’objet, la solution technique et les avantages de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description détaille suivante en référant les figures et les exemples de réalisation suivants. Il faut noter que les exemples de réalisation décrits ci-dessous ne sont qu’à titre des exemples de réalisation illustratifs, au lieu de description limitative pour la présente invention. La présente invention divulgue un circuit de conversion DCDC préchargeable, qui comprend un module de conversion du côté haute tension connecté à l'enroulement primaire du transformateur principal T1, un module de conversion du côté basse tension connecté à l'enroulement secondaire du transformateur principal, un commandeur des modules de conversion du côté haute tension et du côté basse tension, et un module de précharge connecté en série au bus CC du module de conversion du côté basse tension, le module de précharge préchargeant le condensateur de l'équipement électrique connecté au bus CC du module de conversion du côté haute tension lorsque l'ensemble d’équipement est mise sous tension. La précharge est un fonctionnement inverse. Une fois la précharge terminée : le circuit peut être en fonctionnement inverse pendant une longue durée ; le fonctionnement inverse peut être également arrêté pour passer à un fonctionnement direct, c'est-à-dire que le module de conversion du côté haute tension alimente le condensateur de l'équipement électrique normalement et alimente le module de conversion du côté basse tension. Comme montrée la qui est un diagramme de principe de commande de l’ensemble d’équipement selon la présente invention, au démarrage de l’ensemble d’équipement, le relais principal débranche la batterie à haute tension et la batterie à basse tension charge le condensateur équivalent de l'équipement électrique via le circuit de conversion DCDC (le convertisseur DCDC bidirectionnel dans la est le circuit revendiqué par la présente demande), afin de charger d'abord le condensateur équivalent de l'équipement électrique doucement avec un faible courant, et de terminer le précharge et de fermer le relais principal une fois la tension du condensateur équivalent augmentée et le courant de charge diminué, de sorte que la batterie à haute tension alimente l'équipement électrique et alimente la batterie à basse tension et d'autres charges du côté basse tension via le convertisseur DCDC. Selon l’exemple 1 dans la , le module de précharge comprend un transformateur secondaire L1, l'enroulement primaire du transformateur secondaire est connecté en série au bus CC du module de conversion du côté basse tension, une extrémité de l'enroulement secondaire du transformateur secondaire est connectée à l’anode de la neuvième diode D9 et l’autre extrémité de l'enroulement secondaire du transformateur secondaire sont connectée au bus du pôle négatif du module de conversion du côté haute tension et à une extrémité du cinquième condensateur C5, et la cathode de la neuvième diode est connectée à l'autre extrémité du cinquième condensateur et au bus du pôle positif du module de conversion du côté haute tension. Lors de la précharge, le commandeur envoie un premier signal de commande PWM au commutateur de puissance (Q5 et Q6 dans la ) du module de conversion du côté basse tension pour convertir le courant continu connecté au module de conversion du côté basse tension en courant alternatif, et pour transmettre l’énergie électrique vers le module de conversion du côté haute tension via le transformateur secondaire L1 et la neuvième diode D9. Lors de la précharge, le commandeur commande et désactive le commutateur de puissance (Q1 et Q2 dans la ) du bras de pont supérieur du module de conversion du côté haute tension, et envoie un deuxième signal de commande PWM au commutateur de puissance (Q3 et Q4 dans la ) du bras de pont inférieur du module de conversion du côté haute tension. Le principe de fonctionnement selon la présente invention sera décrit en détail ci-dessous en référant la : Dans la , les transistors à effet de champ de puissance Q1, Q2, Q3, Q4, Q5 et Q6 sont montrés, parmi lesquels les diodes D1, D2, D3, D4, D5 et D6 sont respectivement les diodes à effet de corps de Q1, Q2, Q3, Q4, Q5, et Q6. En mode de pont complet lors du fonctionnement direct, la tension continue V1 du côté haute tension est hachée et convertie par les transistors MOS Q1 - Q4 en tension alternative, puis transmise à l’étage secondaire via le transformateur T1, redressée par Q5 et Q6 et filtrée par L1 et le condensateur 5, en fin convertie continue CC V2. Les premiers signaux de commande PWM S5 et S6 commandent Q5 et Q6, les rapports cycliques de S5 et S6 sont identiques et la différence de phase est de 180 °. Les deux signaux de commande PWM S3 et S4 commandent Q3 et Q4, et Q3 et Q4 sont activés et désactivés de manière synchrone, et la fréquence est deux fois celle de S5 et S6. En mode de push-pull+ élévation de tension lors du fonctionnement inverse, en mode de push-pull, les rapports cycliques de S5 et S6 sont identiques et la différence de phase est de 180 °, lorsque les rapports cycliques de S5 et S6 sont inférieurs à 50%, une stratégie de démarrage lent sera activée, la tension continue V2 est convertie par les transistors MOS Q5 et Q6 en tension alternative, puis convertis au côté V1 par le transformateur T1, et redressée et filtrée par les transistors D1 - D4 et les condensateurs C1 et C 2 pour être convertis en V1, S3 et S4 sont activés simultanément pour stocker de l'énergie supplémentaire pour L1, et l'énergie stockée dans L1 est libérée vers le côté V1 via un circuit d'enroulement d’excitation inverse ; en mode d’élévation de tension, les rapports cycliques de S5 et S6 sont supérieur à 50% et reste fixe, S1 et S2 se trouvent à un niveau faible, les rapports cycliques de S3 et S4 sont régulés pour commander la tension de sortie, Q3 et Q4 sont activés simultanément, c'est-à-dire que l’enroulement du côté V1 de T1 est court-circuité, en ce cas, l'inductance L1 stocke de l'énergie, et lorsque Q3 et Q4 sont désactivés, l'énergie stockée dans L1 sera libérée vers le côté V1 via le transformateur T1 ou le circuit d'enroulement d’excitation inverse (dépend de la tension de sortie côté V1). Selon un exemple de préférence, la précharge comprend une phase de démarrage lent et une phase de charge en boucle fermée, dans la phase de démarrage lent, la plage du rapport cyclique du premier signal de commande PWM est de 0% à 50%, et dans la phase de charge en boucle fermée, le rapport cyclique du premier signal de commande PWM est de 50%. La commande du deuxième signal PWM est une commande en boucle fermée, qui peut être réalisée en fonction de la tension de sortie, et la plage du deuxième signal de commande PWM est de 0% à 50%. Comme montrée la qui est un schéma séquentiel de commande de précharge, le côté gauche appartient à la phase de démarrage lent, et le côté droit appartient à la phase de charge en boucle fermée. Le rapport cyclique de chacun des signaux S5 et S6 qui commandent Q5 et Q6 à gauche est inférieur à 50%, et le rapport cyclique est fixé à 50% une fois passé à droit. Dans certains exemples de réalisation, le module de conversion du côté haut tension a une structure en pont complet et comprend un premier commutateur de puissance Q1, un deuxième commutateur de puissance Q2, un troisième commutateur de puissance Q3 et un quatrième commutateur de puissance Q4. Dans certains autres exemples de réalisation, le module de conversion du côté haut tension a une structure en demi-pont et comprend un premier commutateur de puissance Q1 et un troisième commutateur de puissance Q3. Dans certains autres exemples de réalisation, le module de conversion du côté basse tension a une structure push-pull et comprend un cinquième commutateur de puissance Q5 et un sixième commutateur de puissance Q6. Dans encore certains autres exemples de réalisation, le module de conversion du côté basse tension a une structure en pont complet et comprend un cinquième commutateur de puissance Q5, un sixième commutateur de puissance Q6, un septième commutateur de puissance Q7 et un huitième commutateur de puissance Q8. Comme montrée la qui est un schéma de câblage du mode de pont complet + push-pull de l’exemple 1 selon la présente invention, le module de conversion du côté haut tension a une structure en pont complet et comprend un premier commutateur de puissance Q1, un deuxième commutateur de puissance Q2, un troisième commutateur de puissance Q3 et un quatrième commutateur de puissance Q4. Q1 et Q2 sont deux bras de pont supérieurs, et Q3 et Q4 sont deux bras de pont inférieurs. Le module de conversion du côté basse tension a une structure push-pull et comprend un cinquième commutateur de puissance Q5 et un sixième commutateur de puissance Q6. Q5 et Q6 sont connectés au bus CC du pôle négatif du côté tension. Comme montrée la qui est un schéma de câblage du mode de pont complet + redressement total de l’exemple 2 selon la présente invention, le module de conversion du côté haut tension a une structure en pont complet et comprend un premier commutateur de puissance Q1, un deuxième commutateur de puissance Q2, un troisième commutateur de puissance Q3 et un quatrième commutateur de puissance Q4. Q1 et Q2 sont deux bras de pont supérieurs, et Q3 et Q4 sont deux bras de pont inférieurs. Le module de conversion du côté basse tension a une structure push-pull et comprend un cinquième commutateur de puissance Q5 et un sixième commutateur de puissance Q6. Q5 et Q6 sont connectés au bus CC du pôle positif du côté tension. Comme montrée la qui est un schéma de câblage du mode de pont complet + redressement total de l’exemple 3 selon la présente invention, le module de conversion du côté haut tension a une structure en pont complet et comprend un premier commutateur de puissance Q1, un deuxième commutateur de puissance Q2, un troisième commutateur de puissance Q3 et un quatrième commutateur de puissance Q4. Q1 et Q2 sont deux bras de pont supérieurs, et Q3 et Q4 sont deux bras de pont inférieurs. Le module de conversion du côté basse tension a une structure en pont complet et comprend un cinquième commutateur de puissance Q5, un sixième commutateur de puissance Q6, un septième commutateur de puissance Q7 et un huitième commutateur de puissance Q8. Q6 et Q7 sont commutateurs synchrones, et Q5 et Q8 sont commutateurs synchrones. Comme montrée la qui est un schéma de câblage du mode de demi-pont + redressement total de l’exemple 4 selon la présente invention, le module de conversion du côté haut tension a une structure en demi-pont et comprend un premier commutateur de puissance Q1 et un troisième commutateur de puissance Q3. Lors de la précharge, Q1 reste désactivé et Q3 reçoit la commande du deuxième signal de commande PWM. Le module de conversion du côté basse tension a une structure push-pull et comprend un cinquième commutateur de puissance Q5 et un sixième commutateur de puissance Q6. Q5 et Q6 sont connectés au bus CC du pôle négatif du côté tension. Comme montrée la qui est un schéma de câblage du mode de demi-pont + redressement total de l’exemple 5 selon la présente invention, le module de conversion du côté haut tension a une structure en demi-pont et comprend un premier commutateur de puissance Q1 et un troisième commutateur de puissance Q3. Lors de la précharge, Q1 reste désactivé et Q3 reçoit la commande du deuxième signal de commande PWM. Le module de conversion du côté basse tension a une structure push-pull et comprend un cinquième commutateur de puissance Q5 et un sixième commutateur de puissance Q6. Q5 et Q6 sont connectés au bus CC du pôle positif du côté tension. Comme montrée la qui est un schéma de câblage du mode de demi-pont + redressement total de l’exemple 6 selon la présente invention, le module de conversion du côté haut tension a une structure en demi-pont et comprend un premier commutateur de puissance Q1 et un troisième commutateur de puissance Q3. Lors de la précharge, Q1 reste désactivé et Q3 reçoit la commande du deuxième signal de commande PWM. Le module de conversion du côté basse tension a une structure en pont complet et comprend un cinquième commutateur de puissance Q5, un sixième commutateur de puissance Q6, un septième commutateur de puissance Q7 et un huitième commutateur de puissance Q8. Q6 et Q7 sont commutateurs synchrones, et Q5 et Q8 sont commutateurs synchrones. Les exemples de réalisation ci-dessous ne sont que les exemples illustratifs, mais non limitatifs. Tous modifications ou changement qui respectent les esprits et le cadre de la présente demande doivent être inclus dans le cadre de la protection de la présente demande. Circuit de conversion DCDC préchargeable, qui comprend un module de conversion du côté haute tension connecté à l'enroulement primaire du transformateur principal T1, un module de conversion du côté basse tension connecté à l'enroulement secondaire du transformateur principal, un commandeur des modules de conversion du côté haute tension et du côté basse tension, caractérisé en ce qu’un module de précharge connecté en série au bus CC du module de conversion du côté basse tension, le module de précharge préchargeant le condensateur de l'équipement électrique connecté au bus CC du module de conversion du côté haute tension lorsque l'ensemble d’équipement est mise sous tension. Circuit de conversion DCDC préchargeable selon la revendication 1, caractérisé en ce que, le module de précharge comprend un transformateur secondaire L1, l'enroulement primaire du transformateur secondaire est connecté en série au bus CC du module de conversion du côté basse tension, une extrémité de l'enroulement secondaire du transformateur secondaire est connectée à l’anode de la neuvième diode D9 et l’autre extrémité de l'enroulement secondaire du transformateur secondaire sont connectée au bus du pôle négatif du module de conversion du côté haute tension et à une extrémité du cinquième condensateur C5, et la cathode de la neuvième diode est connectée à l'autre extrémité du cinquième condensateur et au bus du pôle positif du module de conversion du côté haute tension. Circuit de conversion DCDC préchargeable selon la revendication 2, caractérisé en ce que, lors de la précharge, le commandeur envoie un premier signal de commande PWM au commutateur de puissance du module de conversion du côté basse tension pour convertir le courant continu connecté au module de conversion du côté basse tension en courant alternatif, et pour transmettre l’énergie électrique vers le module de conversion du côté haute tension via le transformateur secondaire L1 et la neuvième diode D9. Circuit de conversion DCDC préchargeable selon la revendication 3, caractérisé en ce que, lors de la précharge, le commandeur commande et désactive le commutateur de puissance du bras de pont supérieur du module de conversion du côté haute tension, et envoie un deuxième signal de commande PWM au commutateur de puissance du bras de pont inférieur du module de conversion du côté haute tension. Circuit de conversion DCDC préchargeable selon la revendication 3, caractérisé en ce que, la précharge comprend une phase de démarrage lent et une phase de charge en boucle fermée, dans la phase de démarrage lent, la plage du rapport cyclique du premier signal de commande PWM est de 0% à 50%, et dans la phase de charge en boucle fermée, le rapport cyclique du premier signal de commande PWM est de 50%. Circuit de conversion DCDC préchargeable selon la revendication 4, caractérisé en ce que, le module de conversion du côté haut tension a une structure en pont complet et comprend un premier commutateur de puissance Q1, un deuxième commutateur de puissance Q2, un troisième commutateur de puissance Q3 et un quatrième commutateur de puissance Q4. Circuit de conversion DCDC préchargeable selon la revendication 4, caractérisé en ce que, le module de conversion du côté haut tension a une structure en demi-pont et comprend un premier commutateur de puissance Q1 et un troisième commutateur de puissance Q3. Circuit de conversion DCDC préchargeable selon la revendication 4, caractérisé en ce que, le module de conversion du côté basse tension a une structure push-pull et comprend un cinquième commutateur de puissance Q5 et un sixième commutateur de puissance Q6. Circuit de conversion DCDC préchargeable selon la revendication 4, caractérisé en ce que, le module de conversion du côté basse tension a une structure en pont complet et comprend un cinquième commutateur de puissance Q5, un sixième commutateur de puissance Q6, un septième commutateur de puissance Q7 et un huitième commutateur de puissance Q8.