一种功率转换设备和充电桩的制作方法

本技术涉及充电领域，尤其涉及一种功率转换设备和充电桩。

背景技术：

1、充电桩中一般包括多个并联的ac-dc功率转换装置，当ac-dc功率转换装置采用非隔离拓扑，为保证用电的安全性，需要系统具有漏电流保护功能。

2、目前，对于漏电流的检测方法主要是检测多个ac-dc功率转换装置的并联节点前，通过漏电流互感器来采样系统漏电流，利用检测的漏电流可以直接对系统进行保护。虽然这种检测方案简单可靠，但是这种漏电流检测方法无法识别具体的故障位置，当系统出现故障时需要进行整体关机保护，系统的冗余性较差。

技术实现思路

1、本技术提供一种功率转换设备和充电桩，功率转换设备可以准确识别故障位置，因此，只需关断功率转换设备中出现故障的器件，其他未出现故障的器件仍然可以继续工作，以此实现对功率转换设备的保护，从而可以提高系统的冗余性。

2、第一方面，提供了一种功率转换设备，功率转换设备包括多个功率转换器和多个漏电流采样电路，其中，每个功率转换器的输入端用于连接电源，每个功率转换器的输出端用于连接负载。多个功率转换器并联，多个漏电流采样电路与多个功率转换器一一对应，每个漏电流采样电路用于采样对应的功率转换器的漏电流。功率转换设备用于：当多个功率转换器的漏电流之和大于第一电流阈值，关断第一功率转换器中的至少部分功率转换器，以使得多个功率转换器的漏电流之和小于或等于第一电流阈值，第一功率转换器为多个功率转换器中漏电流大于第二电流阈值的功率转换器。其中，第一电流阈值为功率转换设备允许的最大漏电流，第二电流阈值为第一功率转换器允许的最大漏电流。

3、本技术实施例中，每个功率转换器对应一个漏电流采样电路，换句话说，一个漏电流采样电路采集一个功率转换器的漏电流。功率转换设备可以根据每个功率转换器的漏电流与多个功率转换器的漏电流之和准确识别故障位置，因此，只需关断功率转换设备中出现故障的器件，其他未出现故障的器件仍然可以继续工作，以此实现对功率转换设备的保护。具体地，当多个功率转换器的漏电流之和大于第一电流阈值，关断多个功率转换器中漏电流大于第二电流阈值的第一功率转换器，使得功率转换设备的漏电流满足工作要求，从而可以提高功率转换设备的安全性。此外，由于每个功率转换器支持独立的漏电流的检测，当关断其中一个功率转换器，不影响其他功率转换器的正常工作，即其他功率转换器仍然可以继续工作，从而可以提高功率转换设备的冗余性。

4、本技术实施例中，当多个功率转换器的漏电流之和大于第一电流阈值，关断第一功率转换器中的至少部分功率转换器。换句话说，当多个功率转换器的漏电流之和大于第一电流阈值，可以关断第一功率转换器中的部分功率转换器，或者，也可以关断第一功率转换器的所有功率转换器。一种实现方式中，功率转换设备可以关断第一功率转换器的部分功率转换器，功率转换设备中处于工作中的功率转换器的漏电流之和小于该功率转换设备允许的最大漏电流，由此可以使得功率转换设备的漏电流满足工作要求，从而可以提高功率转换设备的安全性。另一种实现方式中，功率转换设备可以关断第一功率转换器的所有功率转换器，功率转换设备中除第一功率转换器之外的功率转换器的漏电流之和小于该功率转换设备允许的最大漏电流，由此可以使得功率转换设备的漏电流满足工作要求，从而可以提高功率转换设备的安全性。此外，在该另一种实现方式中，由于功率转换设备关断所有大于自身允许的漏电流的功率转换器，可以避免对人身造成危害，从而可以保证人身生命安全。

5、此外，当系统需要扩容，例如，并联的功率转换器的数量增加，只需增加漏电流采样电路的数量，且增加的漏电流采样电路中的漏电流互感器只需按照对应的功率转换器的电流规格进行选型，即增加的漏电流采样电路中的漏电流互感器只需具备采集对应功率转换器的最大漏电流的能力即可，相比使用一个漏电流互感器采集系统中所有功率转换器的漏电流，本技术实施例中的漏电流采样电路中的漏电流互感器的选型不会受到较大的限制，且也可以减少成本。此外，系统在增加并联的功率转换器时，可以直接进行组合甚至是不同功率等级的功率转换器进行混搭，可以提升并机系统的灵活性和可扩展性。

6、结合第一方面，在一种可能的设计中，功率转换设备还用于：当多个功率转换器的漏电流之和小于或等于第一电流阈值，关断第一功率转换器；或者，当多个功率转换器的漏电流之和小于或等于第一电流阈值，不关断第一功率转换器。

7、本技术实施例中，当多个功率转换器的漏电流之和小于或等于第一电流阈值，由于这多个功率转换器的漏电流之和小于该功率转换设备允许的最大漏电流，即使第一功率转换器的漏电流大于其自身允许的最大漏电流，该功率转换设备的漏电流满足相应的安全规定，可以不关断第一功率转换器。

8、或者，当多个功率转换器的漏电流之和小于或等于第一电流阈值，虽然这多个功率转换器的漏电流之和小于该功率转换设备允许的最大漏电流，但是第一功率转换器的漏电流大于其自身允许的最大漏电流，当第一功率转换器的金属外壳与内部带电部件的绝缘失效，如果第一功率转换器的外壳未接地，一旦人体触碰到，该漏电流经人体流入大地，对人身造成危害。因此，在这种情况下，可以关断第一功率转换器，可以避免对人身造成危害，从而可以保证人身生命安全。

9、结合第一方面，在一种可能的设计中，功率转换设备还包括漏电流母线和均分电路，漏电流采样电路包括漏电流互感器，漏电流互感器用于采集对应功率转换器的漏电流，均分电路的输入端连接多个漏电流互感器，均分电路的输出端连接漏电流母线，均分电路用于对多个漏电流互感器的输出值求平均后输出。功率转换设备用于：计算漏电流母线上的电压对应的漏电流与多个功率转换器的数量的乘积，以得到多个功率转换器的漏电流之和。

10、本技术实施例中，由于均分电路对多个漏电流互感器的输出值求平均后输出，且均分电路的输出端连接漏电流母线，因此，漏电流母线上的电压值为多个漏电路互感器输出的电压值之和的平均值，功率转换设备只需基于该漏电流母线上的电压值推导相应的漏电流，并将该漏电流与多个功率转换器的数量进行相乘即可获得多个功率转换器的漏电流之和。这样，即使功率转换设备包括的功率转换器的数量较多，功率转换设备只需通过漏电流母线上的电压对应的漏电流与多个功率转换器的数量的乘积即可获得多个功率转换器的漏电流之和，可以减少计算的复杂度。

11、结合第一方面，在一种可能的设计中，均分电路包括多个均分电阻、多个开关电路，每个漏电流互感器通过串联的一个均分电阻和一个开关电路连接漏电流母线。

12、本技术实施例中，每个漏电流互感器通过串联的一个均分电阻和一个开关电路连接漏电流母线，从而每个漏电流互感器的输出值通过均分电路后，传输到漏电流母线上的值为多个漏电流互感器的输出值之和的平均值，有利于功率转换设备计算所有功率转换器的漏电流之和，以此实现对功率转换设备的保护。

13、结合第一方面，在一种可能的设计中，均分电路还包括多个第一运算放大器，每个第一运算放大器的同相输入端与对应的漏电流互感器连接，每个第一运算放大器的反相输入端与自身的输出端连接，每个第一运算放大器的输出端连接均分电阻的一端，均分电阻的另一端通过开关电路连接漏电流母线。

14、本技术实施例中的第一运算放大器的作用在于对第一运算放大器的输入端连接的电路与输出端连接的电路进行隔离，换句话说，第一运算放大器的输入端连接的电路与输出端连接的电路不会相互影响。这样，即使电路中节点电压出现浮动，对每个漏电流互感器输出的电压值或漏电流母线的电压值的影响较小，有利于功率转换设备获得较为准确的每个功率转换器的漏电流和所有漏电流之和，进一步地，可以提升对功率转换设备的保护的准确性。

15、结合第一方面，在一种可能的设计中，开关电路包括两个开关管、限流电阻、第一电压源和驱动电路，其中一个开关管串联在均分电阻和漏电流母线连接的连接线路上，其中一个开关管的基极通过另一个开关管接地，第一电压源通过限流电阻连接两个开关管的连接点，驱动电路与另一个开关管的基极连接。

16、本技术实施例中，开关电路包括两个开关管、限流电阻、第一电压源和驱动电路，驱动电路输出不同的信号，可以控制开关管的导通或关断，从而可以控制漏电流互感器的输出值是否传输到漏电流母线。特别地，当某个或某些功率转换器停止工作时，驱动电路可以输出高电平，控制关断串联在均分电阻和漏电流母线连接的连接线路上的开关管，由此与该功率转换器对应的漏电流互感器的输出值不会传输到漏电流母线，这样，可以避免该漏电流互感器的输出值对系统的漏电流的影响，有利于功率转换设备获得较为准确的系统漏电流，进一步地，可以提升对功率转换设备的保护的准确性。

17、结合第一方面，在一种可能的设计中，开关电路还包括分压电阻，分压电阻的一端与另一个开关管的发射极连接，分压电阻的另一端连接限流电阻和另一个开关管的集电极的连接点。

18、本技术实施例中，因为有分压电阻的存在，且第一电压源通过限流电阻和分压电阻接地，若分压电阻的阻值远大于限流电阻的阻值，则分压电阻会承担第一电压源输出的大部分电压，从而可以拉低其中一个开关管的基极电压，减少其中一个开关管损坏的风险。

19、结合第一方面，在一种可能的设计中，功率转换设备还包括多个控制器，漏电流采样电路还包括多个电压采样电路，多个电压采样电路包括第一电压采样电路和多个第二电压采样电路。多个控制器与多个功率转换器一一对应，每个控制器用于控制对应的功率转换器。多个第一电压采样电路的输入端连接漏电流母线，每个第一电压采样电路的输出端与控制器一一对应连接，每个第一电压采样电路用于采集漏电流母线的电压值。每个第二电压采样电路的输入端连接对应的漏电流互感器和均分电路的连接点，每个第二电压采样电路的输出端与控制器一一对应连接，每个第二电压采样电路用于采集对应的漏电流互感器和均分电路的连接点的电压值。

20、本技术实施例中，由于每个控制器与第一采样电路的输出端连接，且每个第一采样电路用于采集漏电流母线的电压值，从而每个控制器可以获得漏电流母线的电压值。又由于每个控制器与对应的第二采样电路的输出端连接，且每个第二电压采样电路用于采集对应的漏电流互感器和均分电路的连接点的电压值，从而每个控制器可以获得对应漏电流互感器输出的电压值。这样，每个控制器可以获得对应的漏电流互感器的电压值以及漏电流母线上的电压值，进一步地，每个控制器可以推导出对应的功率转换器的漏电流和所有功率转换器的漏电流之和，以此实现对功率转换设备的保护。

21、结合第一方面，在一种可能的设计中，每个电压采样电路包括第二运算放大器、第一电阻、滤波电容。第二运算放大器的同相输入端为电压采样电路的输入端，第二运算放大器的反相输入端连接第二运算放大器的输出端，第二运算放大器的输出端连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接滤波电容的一端，滤波电容的另一端接地，第一电阻的另一端与滤波电容的连接点为电压采样电路的输出端。

22、本技术实施例中，由于第二运算放大器的同相输入端为电压采样电路的输入端，第二运算放大器的反相输入端连接第二运算放大器的输出端，因此，第二运算放大器的输出端输出的是漏电流母线的电压值。此外，第一电阻和滤波电容可以对第一运算放大器的输出端输出的电压进行滤波，从而，控制器采集的电压值较为准确，有利于控制器准确控制对应功率转换器的状态。此外，第一电阻还可以起到限流的作用，可以减小流入控制器的芯片引脚的电流，从而可以减少芯片引脚的损坏的风险。

23、结合第一方面，在一种可能的设计中，漏电流采样电路还包括校准电路，校准电路串联于漏电流互感器与均分电路之间，在功率转换设备初始工作时，每个校准电路用于在每个漏电流互感器的输入值为预设值时使每个第一电压采样电路的输出值一致。

24、本技术实施例中，每个漏电流互感器采集的漏电流与对应的电压值有偏差，每个漏电流互感器即使采集相同的漏电流，输出的电压值与可能不一致。因此，本技术实施例中设计了校准电路，每个校准电路用于当功率转换设备初始工作时，在每个漏电流互感器的输入值为预设值时使每个第一电压采样电路的输出值一致，从而可以减小偏差，有利于功率转换设备获得较为准确的每个功率转换器的漏电流和所有漏电流之和，进一步地，可以提升对功率转换设备的保护的准确性。

25、结合第一方面，在一种可能的设计中，校准电路包括第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第三运算放大器和第二电压源，每个电阻的阻值相等。第三运算放大器的同相输入端通过第二电阻连接第二电压源，第三运算器的同相输入端通过第三电阻连接漏电流互感器；第三电阻的一端连接第三运算放大器的输出端，第四电阻的另一端通过第五电阻接地，第三运算放大器的反相输入端连接第四电阻和第五电阻的连接点。

26、本技术实施例中的校准电路包括四个电阻、第三运算放大器和第二电压源，且每个电阻的阻值相等，与每个漏电流互感器连接的第二电压源可以根据需要提供相应的电压，从而在每个漏电流互感器的输入值为预设值时使每个第一电压采样电路的输出值一致，由此可以减小偏差，有利于功率转换设备获得较为准确的每个功率转换器的漏电流和所有漏电流之和，进一步地，可以提升对功率转换设备的保护的准确性。

27、结合第一方面，在一种可能的设计中，漏电流采样电路包括漏电流互感器，功率转换设备还包括求和电路、多个控制器。多个控制器与多个功率转换器一一对应，每个控制器用于控制对应的功率转换器。求和电路用于对每个漏电流互感器的输出值求和。每个控制器用于：获得对应的漏电流互感器的输出值和求和电路的输出值；根据漏电流互感器的输出值和求和电路的输出值，导通或关断对应的功率转换器。

28、本技术实施例中，功率转换设备中的求和电路对多个漏电流互感器的输出值进行求和，从而每个控制器可以根据漏电流互感器的输出值和求和电路的输出值控制对应功率转换器的导通或关断，由此可以实现对功率转换设备的保护。此外，由于本技术实施例中通过求和电路对每个漏电流互感器的输出值进行求和，求和电路设计简单，利于实现，运算效率高。

29、结合第一方面，在一种可能的设计中，漏电流采样电路包括漏电流互感器，功率转换设备还包括多个控制器。多个控制器与多个功率转换器一一对应，每个控制器用于控制对应的功率转换器。每个控制器用于：获得所有的漏电流互感器的输出值以及计算所有的漏电流互感器的输出值之和；根据漏电流互感器的输出值与所有的漏电流互感器的输出值之和，导通或关断对应的功率转换器。

30、本技术实施例中，每个控制器可以获得所有的漏电流互感器的输出值以及计算所有的漏电流互感器的输出值之和，从而每个控制器可以根据漏电流互感器的输出值和求和电路的输出值控制对应功率转换器的导通或关断，由此可以实现对功率转换设备的保护。此外，本技术实施例中，每个控制器自行计算所有漏电流互感器的输出值之和，即每个控制器的求和运算是独立运行的，不会相互影响。

31、第二方面，提供了一种充电桩，该充电桩包括第一方面或第一方面中任一可能设计的功率转换设备，每个功率转换器为ac-dc功率转换器。

32、结合第二方面，在一种可能的设计中，充电桩还包括直流母线和多个dc-dc功率转换器，多个ac-dc功率转换器通过直流母线连接多个dc-dc功率转换器。

33、第二方面中的任一可能涉及可以达到的技术效果，请参照上述第一方面中的任一可能设计可以达到的技术效果描述，这里不再重复赘述。