CN110774909A - 一种obc电路、obc充电器、新能源汽车及充电桩 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种OBC电路、OBC充电器、新能源汽车及充电桩，在OBC电路中的第二副边电路主要包括第一开关管、第二开关管、第一二极管和第二二极管。通过控制第一开关管和第二开关管的导通及断开，可以实现整流及调压。该第二副边电路的结构简单，有利于简化OBC充电器中OBC电路结构。

Description

一种OBC电路、OBC充电器、新能源汽车及充电桩
技术领域
本申请涉及新能源汽车技术领域，尤其涉及一种OBC电路、OBC充电器、新能源汽车及充电桩。
背景技术
随着新能源汽车的发展，车载充电(on board charger，OBC)充电器得到了越来越广泛的应用。OBC充电器主要包括OBC电路和驱动该OBC电路工作的控制电路。目前，OBC充电器多采用磁集成方案，即OBC电路中主要包括原边电路、第一副边电路和第二副边电路，且三个电路中两两之间磁耦合。控制电路可以根据第一副边电路的输出需求，控制原边电路将接收到的充电电能转换为具有特定频率的交流电能，并将其中的一部分交流电能提供给第一副边电路，将其中的另一部分交流电能提供给第二副边电路。控制电路还可以控制第一副边电路将接收到的交流电能转换为直流电能，该直流电能通常为高压电能，可以用于为新能源汽车的动力电池充电。控制电路还可以控制第二副边电路将接受到的交流电能转换为直流电能，该直流电能通常为低压电能，可以用于为新能源汽车中的低压电池(如铅酸蓄电池)或负载电路供电。
然而，OBC充电器中原边电路所提供的交流电能的频率主要受第一副边电路的输出需求影响，因此第二副边电路往往设计有复杂的电路结构，才可以将从原边电路获得的交流电能转换为适用于低压电池或负载电路的直流电能。
综上，目前的OBC充电器中OBC电路的结构较为复杂，因此还需要进一步研究。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种OBC电路、OBC充电器、新能源汽车及充电桩，在OBC电路中，通过第二副边电路的两个开关管和两个二极管可以实现整流及调压，该第二副边电路的结构简单，有利于简化OBC电路结构。
第一方面，本申请实施例提供一种OBC电路，其中包括原边电路、第一副边电路和第二副边电路。原边电路分别与第一副边电路和第二副边电路磁耦合；其中，原边电路用于分别向第一副边电路提供第一交流电能，向第二副边电路提供第二交流电能，且第一交流电能和第二交流电能的频率相同；第二副边电路包括：第一副边绕组、第一开关管、第一二极管、第二副边绕组、第二开关管和第二二极管，第一直流端和第二直流端。第一副边绕组的第一端与第一开关管的第一电极耦合，第一副边绕组的第二端分别与第二直流端和第二副边绕组的第一端耦合，第一开关管的第二电极与第一二极管的阳极耦合，第一二极管的阴极与第一直流端耦合，第一开关管的体二极管的阳极与第一二极管的阳极耦合；第二副边绕组的第二端与第二开关管的第一电极耦合，第二开关管的第二电极与第二二极管的阳极耦合，第二二极管的阴极与第一二极管的阴极耦合，第二开关管的体二极管的阳极与第二二极管的阳极耦合。
基于上述OBC电路，通过控制第一开关管和第二开关管的导通和断开可以对原边电路提供的原边交流电能进行整流及调压。例如，在原边交流电能处于正半周期时，第一副边绕组的第一端为高电势，第一开关管的体二极管处于截止状态，使得可以通过控制第一开关管的导通时间实现相控调压。同时，第二二极管处于截止状态，可以防止第一副边绕组释放的电能经第二开关管的体二极管释放到第二副边绕组，从而有利于防止因开关管的引入而带来的额外损耗。在原边交流电能处于负半周期时，第二副边绕组的第二端为高电势，与上述同理，不再赘述。第一开关管和第二开关管交替导通和关闭便可以实现整流。由此可见，本申请实施例所提供的第二副边电路可以实现整流及调压，而且第二副边电路的结构更加，进而有利于降低OBC充电器的损耗。此外，本申请实施例所提供的OBC电路适用于相控调压方式，因此能够适用更宽的频率范围。
在一种可能的实现方式中，第二副边电路还包括滤波电容和滤波电感；滤波电感的一端与第一二极管的阴极耦合，滤波电感的另一端分别与第一直流端和滤波电容的第一电极耦合，滤波电容的第二电极与接地电路耦合。
滤波电容和滤波电感可以对第二直流电能作滤波处理，降低第二直流电能的电压文波，有利于提高第二副边电路的输出效果。
在一种可能的实现方式中，第一二极管为第三开关管的体二极管，第三开关管的第一电极与第一开关管的第二电极耦合，第三开关管的第二电极与第一直流端耦合；和/或，
第二二极管为第四开关管的体二极管，第四开关管的第一电极与第二开关管的第二电极耦合，第四开关管的第二电极与第一二极管的阴极耦合。
第三开关管和第四开关管同样可以实现截止功能。而在第一开关管导通后，导通第三开关管，可以使第一副边绕组的电能经第三开关管的沟道输出，有利于降低第二副边电路的损耗。同样的，在第二开关管导通后，导通第四开关管，可以使第二副边绕组的电能经第四开关管的沟道输出，同样有利于降低第二副边电路的损耗。
第二方面，本申请实施例还提供一种车载充电OBC充电器，该OBC充电器包括：控制电路和如上述第一方面所提供的OBC电路，控制电路分别与OBC电路中的原边电路和第一副边电路耦合。示例性的，控制电路用于：在当前第一周期的第一时间段，控制原边电路产生原边交流电能的正半周期电能，在当前第一周期的第二时间段，控制原边电路产生原边交流电能的负半周期电能；控制第一副边电路将从原边电路得到的第一交流电能转换为第一直流电能，第一交流电能为原边交流电能中的部分电能；控制电路还分别与第二副边电路中第一开关管的控制电极和第二开关管的控制电极耦合，控制电路还用于：在第一时间段内的第一时间点，导通第一开关管，第一时间点与第一时间段的初始时间点间隔第一时延，第一时延用于调节第二副边电路输出的第二直流电能的电压值；在第一时间点之后的第二时间点，断开第一开关管，第二时间点不晚于下一个第一周期中，第一时间段的初始时间点；在第二时间段内的第三时间点，导通第二开关管，第三时间点与第二时间段的初始时间点间隔第二时延，第二时延用于调节第二直流电能的电压值；在第三时间点之后的第四时间点，断开第二开关管，第四时间点不晚于下一个第一周期中，第二时间段的初始时间点。
本申请实施例中，控制电路可以采用相控调压方式，即通过第一时延和第二时延调节第二直流电能的电压值。相控调压可以更好的适用于交流电调压场景，有利于减小所得到的第二直流电能的电压文波，从整体上提高第二副边电路的输出效果。
在一种可能的实现方式中，第二时间点不早于第三时间点，和/或，第四时间点不早于下一个第一周期中的第一时间点。
在一种可能的实现方式中，第一二极管为第三开关管的体二极管，第三开关管的第一电极与第一开关管的第二电极耦合，第三开关管的第二电极与第一直流端耦合；控制电路，还用于：在第一时间点导通第三开关管，并在第一时间点之后的第五时间点断开第三开关管，第五时间点不早于第一时间段的结束时间点，且不晚于第三时间点；和/或，第二二极管为第四开关管的体二极管，第四开关管的第一电极与第二开关管的第二电极耦合，第四开关管的第二电极与第一二极管的阴极耦合；控制电路，还用于：在第三时间点导通第四开关管，并在第四时间点之后的第六时间点断开第四开关管，第六时间点不早于第二时间段的结束时间点，且不晚于下一个第一周期的第一时间点。
体二极管即使在导通状态，也存在一定的导通压降，因此在体二极管导通状态下导通第三开关管或第四开关管，可以使电能经第三开关管或第四开关管的沟道传输，有利于降低第二副边电路的损耗。
在一种可能的实现方式中，第一二极管为第三开关管的体二极管，第三开关管的第一电极与第一开关管的第二电极耦合，第三开关管的第二电极与第一直流端耦合；OBC充电器还包括第一逻辑电路，第一逻辑电路分别与第三开关管的第一电极、第二电极和控制电极耦合；第一逻辑电路，用于分别检测第三开关管的第一电极和第二电极的电压，在第一电极的电压高于第二电极的电压时，导通第三开关管；和/或，第二二极管为第四开关管的体二极管，第四开关管的第一电极与第二开关管的第二电极耦合，第四开关管的第二电极与第一二极管的阴极耦合；OBC充电器还包括第二逻辑电路，第二逻辑电路分别与第四开关管的第一电极、第二电极和控制电极耦合；第二逻辑电路，用于分别检测第四开关管的第一电极和第二电极的电压，在第一电极的电压高于第二电极的电压时，导通第四开关管。
采用第一逻辑电路监控第三开关管的第一电极的电压和第二电极的电压之间的相对大小关系，可以较为准确地判断第三开关的体二极管的导通或截止状态。在此情况下控制第三开关管的导通和断开，有利于提高第二副边电路的电路安全。第二逻辑电路同理，不再赘述。
在一种可能的实现方式中，OBC充电器还包括功率校准PFC电路，PFC电路与原边电路耦合；PFC电路，用于接收交流电形式的充电电能，对充电电能进行功率校准，将功率校准后的充电电能转换为原边直流电能，并将原边直流电能提供给原边电路；原边电路，具体用于：将原边直流电能转换为原边交流电能，并将原边交流电能中的第一交流电能提供给第一副边电路，将原边交流电能中的第二交流电能提供给第二副边电路。
在一种可能的实现方式中，控制电路，还用于：在当前第二周期的第三时间段，控制第一副边电路产生副边交流电能的正半周期电能，在当前第二周期的第四时间段，控制第一副边电路产生副边交流电能的负半周期电能；在第三时间段内的第七时间点，导通第一开关管，第七时间点与第三时间段的初始时间点间隔第三时延，第三时延用于调节第二副边电路输出的第二直流电能的电压值；在第七时间点之后的第八时间点，断开第一开关管，第八时间点不晚于下一个第二周期中，第三时间段的初始时间点；在第四时间段内的第九时间点，导通第二开关管，第九时间点与第四时间段的初始时间点间隔第四时延，第四时延用于调节第二副边电路输出的第二直流电能的电压值；在第九时间点之后的第十时间点，断开第二开关管，第十时间点不晚于下一个第二周期中，第四时间段的初始时间点。
本申请实施例所提供的OBC充电器同样适用于动力电池向低压负载供电的场景。
第三方面，本申请实施例提供一种新能源汽车，该新能源汽车包括：动力电池、低压负载、电机、车轮和如上述第二方面中任一项所提供的OBC充电器；其中，动力电池与OBC充电器中的第一副边电路耦合，低压负载的正极与OBC充电器中第二副边电路的第一直流端耦合，低压负载的负极与第二副边电路的第二直流端耦合；OBC充电器，用于为动力电池提供第一直流电能，为低压负载提供第二直流电能；动力电池，用于驱动电机；电机用于驱动车轮转动。
第四方面，本申请实施例提供一种充电桩，该充电桩包括电源电路和充电枪；其中，充电枪，用于与上述第二方面中任一项所提供的OBC充电器耦合；电源电路，用于通过充电枪为OBC充电器供电。
本申请的这些方面或其它方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。
附图说明
图1为一种新能源汽车的***结构示意图；
图2为一种OBC充电器结构示意图；
图3为本申请实施例提供的一种OBC电路结构示意图；
图4为本申请实施例中各个控制信号时序图；
图5为本申请实施例提供的一种第二副边电路结构示意图；
图6为本申请实施例提供的一种第二副边电路结构示意图；
图7为本申请实施例提供的一种第二副边电路结构示意图。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。需要说明的是，在本申请的描述中“至少一个”是指一个或多个，其中，多个是指两个或两个以上。鉴于此，本发明实施例中也可以将“多个”理解为“至少两个”。“和/或”，描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，字符“/”，如无特殊说明，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。另外，需要理解的是，在本申请的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
需要指出的是，本申请实施例中“耦合”指的是能量传递关系，例如，A与B耦合，指的是A与B之间能够传递能量，其中，能量的具体形式存在多种可能，例如电能、磁场势能等。在A与B之间能够传递电能时，反应在电路连接关系上，便是A与B之间可以直接电连接，也可以通过其它导体或电路元件间接电连接。在A与B之间能够传递磁场势能时，反应在电路连接关系上，便是A与B之间可以发生电磁感应，使得磁场势能可以从A传递至B，有鉴于此，本申请实施例中，以“磁耦合”特指A与B之间可以通过磁场传递能量的场景。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
新能源汽车多以电能驱动，图1示例性示出了一种新能源汽车的***结构示意图。如图1所示，新能源汽车主要包括车载充电OBC充电器100、低压负载200、动力电池300电机400和车轮500。
其中，动力电池300为大容量、高功率的蓄电池。低压负载200为车辆(新能源汽车)内部的功能电路或车载设备，且低压负载200的额定电压远低于动力电池300的额定电压。示例性的，低压负载200可以包括但不限于新能源汽车内部的铅酸蓄电池、车载收音机、车载导航器等等，本申请实施例对此不再一一列举。
在新能源汽车行驶时，动力电池300可以驱动电机400工作，电机400进而驱动车轮500转动，从而实现车辆移动。此外，动力电池300还可以通过OBC充电器100为低压负载200供电，或者，也可以通过OBC充电器100为新能源汽车的外部负载(如另一辆新能源汽车)供电。
在新能源汽车充电时，一般可以通过充电桩为新能源汽车充电。类似于加油站与常规汽车之间的关系，充电桩可以为新能源汽车“加油”，也就是可以为新能源汽车充电。
如图1所示，充电桩主要包括电源电路和充电枪。电源电路的一端与工频电网耦合，另一端通过线缆与充电枪耦合。一般来说，电源电路可以将工频电网作为交流电源，接收工频电网提供的交流电，将接收到的交流电转换为与新能源汽车相适配的充电电能。操作人员可以将充电枪***新能源汽车的充电插口，使充电枪与车辆内部的OBC充电器100耦合，充电桩的电源电路进而可以通过充电枪将充电电能提供给OBC充电器100。
OBC充电器100将接收到的一部分充电电能提供给动力电池300，动力电池300进而存储该部分电能。此外，OBC充电器100还可以将接收到的另一部分充电电能提供给低压负载200，以供低压负载200使用，例如，低压负载200中的铅酸蓄电池可以存储该部分电能，低压负载200中的车载收音机也可以使用该部分电能工作。
一般，新能源汽车中的OBC充电器100至少具有两种工作模式：充电模式和放电模式。具体来说，在充电模式下，OBC充电器100接收充电桩提供的充电电能，并将所接收到的充电电能分别提供给低压负载200和动力电池300。在放电模式下，OBC充电器100接收动力电池300提供的电池电能，并将电池电能提供给低压负载200，在一些场景下，OBC充电器100也可以将动力电池300提供的电池电能提供给车辆外部负载。
接下来，以充电模式为例，对OBC充电器100作进一步说明。图2示例性示出了一种OBC充电器100结构示意图，如图2所示，OBC充电器100主要包括控制电路101和OBC电路102。
其中，OBC电路102主要包括两两之间磁耦合的原边电路1021、第一副边电路1022和第二副边电路1023，也就是说，原边电路1021分别与第一副边电路1022和第二副边电路1023磁耦合，第一副边电路1022分别与原边电路1021和第二副边电路1023磁耦合。
控制电路101可以是OBC充电器100内部的微处理器(microcontroller unit，MCU)，控制电路101分别与原边电路1021、第一副边电路1022、第二副边电路1023耦合，控制电路101可以生成多种控制信号以分别控制原边电路1021、第一副边电路1022、第二副边电路1023的工作。
在一些可能的实现方式中，OBC充电器100还可以包括功率因数校正(powerfactor correction，PFC)电路103，PFC电路103可以接收交流电形式的充电电能，在控制电路101的控制下，PFC电路103可以对交流电形式的充电电能进行功率校准，将功率校准后的充电电能转换为原边直流电能，并将原边直流电能提供给原边电路1021。
可以理解，图1中充电桩的电源电路也可以将接收到的交流电能转换为直流电形式的充电电能，并将直流电形式的充电电能提供给OBC充电器100。有鉴于此，OBC充电器100中还可以包括配电电路(图2中未示出)。配电电路的第一端用于接收充电电能，该充电电能既可以是直流电形式，也可以是交流电形式。配电电路的第二端与PFC电路103耦合，第三端与原边电路1021耦合。在控制电路101的控制下，配电电路可以将直流电形式的充电电能作为原边直流电能提供给原边电路1021，将交流电形式的充电电能提供给PFC电路103，由PFC电路103将交流电形式的充电电能转换为原边直流电能后提供给原边电路1021。在OBC充电器100中设置配电电路，使得新能源汽车不仅可以适用交流充电桩，还可以适用直流充电桩，从而可以使新能源汽车的充电更加便捷。
OBC电路102可以接收来自于PFC电路103或配电电路的原边直流电能，将一部分直流电能提供给动力电池300，将另一部分直流电能提供给低压负载200。其中，低压负载200可以是低压电池201(如铅酸蓄电池)，也可以是车载功能电路202(如车载音响、车载收音机、车载导航器等)。
图3示例性示出了本申请实施例提供的一种OBC电路102结构示意图。接下来以图3为例，对OBC电路102中的原边电路1021、第一副边电路1022和第二副边电路1023作进一步说明。
原边电路1021
原边电路1021可以在控制电路101的控制下，将接收到的原边直流电能转换为原边交流电能。如图3所示，原边电路1021主要包括开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、和原边绕组L1，在一种可能的实现方式中，还可以包括电容Cr1、电感Lr1中的至少一个。
其中，开关管S1、开关管S2、开关管S3和开关管S4构成了桥式整流电路结构。具体来说，开关管S1的第一电极分别与开关管S3的第一电极和PFC电路103的第一直流端耦合，开关管S1的第二电极分别与开关管S2的第一电极和电容Cr1的第一电极耦合；电容Cr1的第二电极与电感Lr1的第一端耦合；电感Lr1的第二端与原边绕组L1的第一端耦合；开关管S3的第二电极分别与原边绕组L1的第二端和开关管S4的第一电极耦合；开关管S2的第二电极分别与开关管S4的第二电极和PFC电路103的第二直流端耦合。开关管S1的控制电极、开关管S2的控制电极、开关管S3的控制电极和开关管S4的控制电极皆分别与控制电路101耦合。
一般来说，用于输出直流电能的两个直流端中，其中一个为高压端，另一个为低压端。其中，低压端可以与接地电路耦合，即低压端为0电势。例如，PFC电路103的第一直流端和第二直流端中，第二直流端为低压端，第二直流端可以与OBC充电器100的接地电路耦合，即第二直流端为0电势。在此情况下，开关管S2的第二电极和开关管S4的第二电极也可以与接地电路耦合，也就是说，开关管S2的第二电极和开关管S4的第二电极可以通过接地电路与PFC电路103间接耦合。第一副边电路1022的直流端和第二副边电路1023的直流端同理，本申请实施例对此不再赘述。
基于图3所示的原边电路1021，控制电路101可以通过发送周期性的原边控制信号以控制原边电路1021将原边直流电能转换为具有一定周期时长(频率)的原边交流电能。假设图3中原边电路1021的各个开关管皆为N沟道金属氧化物半导体晶体管(N metal oxidesemiconductor，NMOS)。
图4示例性示出了本申请实施例中各个控制信号时序图。其中，控制信号C1用于控制开关管S1和开关管S4的导通及断开；控制信号C2用于控制开关管S2和开关管S3的导通及断开。如图4所示，控制信号C1和C2为互补信号，也就是说，控制信号C1和C2具有相同的周期时长T和相同的占空比(t/T)，但两个控制信号C1和C2的高电平时间段t互不重叠。
可以理解，在理想情况下，控制信号C1的下降沿与控制信号C2的上升沿位于同一时间点，控制信号C1的上升沿与控制信号C2的下降沿位于同一时间点。如图4所示，考虑到开关延迟等因素的存在，控制信号C1的下降沿与控制信号C2的上升沿之间可以间隔一定时延，控制信号C1的上升沿与控制信号C2的下降沿也可以间隔一定时延。
在本申请实施例中，控制信号C1的上升沿与下降沿之间间隔的时间段以第一时间段表示，控制信号C2的上升沿与下降沿之间间隔的时间段以第二时间段表示。控制信号C1和C2反映在开关管S1至S4的导通及关闭上，便是：在第一时间段内开关管S1和S4同步导通，开关管S2和S3同步断开；在第二时间段内，开关管S1和S4同步断开，开关管S2和S3同步导通。
在开关管S1和S4导通期间(第一时间段)，PFC电路103输出的电流由开关管S1流向开关管S4，也就是由原边绕组的第一端流向第二端，从而产生原边交流电能的正半周期电能；在开关管S2和S3导通期间(第二时间段)，PFC电路103输出的电流由开关管S3流向开关管S2，也就是由原边绕组的第二端流向第一端，从而产生原边交流电能的负半周期。由此可见，控制电路101通过控制开关管S1和S4，与开关管S2和S3之间交替导通及断开，使得原边绕组处的电流方向交替变换，从而在原边绕组处得到原边交流电能。原边交流电(能)的电压变换可以如图4所示。
如图3所示，第一副边电路1022包括副边绕组L2，第二副边电路1023包括副边绕组L3和L4。原边电路1021分别与第一副边电路1022和第二副边电路1023磁耦合，主要是通过原边绕组L1分别与副边绕组L2、副边绕组L3和副边绕组L4的磁耦合实现的。因此，原边电路1021在原边绕组L1处产生的原边交流电能可以通过电磁感应分别传递给副边绕组L2、副边绕组L3和副边绕组L4。
第一副边电路1022
第一副边电路1022可以接收原边电路1021提供的部分原边交流电能，即第一交流电能。在控制电路101的控制下，第一副边电路1022可以将第一交流电能转换为第一直流电能，该第一直流电能可以用于动力电池300充电。第一副边电路1022的第一直流端与动力电池300的正极耦合，第二直流端与动力电池300的负极耦合。如图3所示，第一副边电路1022主要包括开关管S5、开关管S6、开关管S7、开关管S8和副边绕组L2。在一种可能的实现方式中，第一副边电路1022还可以包括电容Cr2、电感Lr2和电容Cf1中的一个或多个。
其中，开关管S5的第一电极与开关管S7的第一电极耦合，开关管S5的第二电极分别与副边绕组L2的第二端和开关管S6的第一电极耦合；副边绕组L2的第一端与原边绕组L1的第一端互为同名端，且副边绕组L2的第一端与电感Lr2的第一端耦合；电感Lr2的第二端与电容Cr2的第一电极耦合，电容Cr2的第二电极与开关管S7的第二电极耦合；开关管S7的第一电极与第一副边电路1022的第一直流端耦合，开关管S7的第二电极与开关管S8的第一电极耦合，开关管S6的第二电极和开关管S8的第二电极与第一副边电路1022的第二直流端耦合。电容Cf1并联在第一副边电路1022的第一直流端和第二直流端之间。
一般来说，控制信号C1和C2是控制电路101根据第一副边电路1022的输出需求确定的。也就是说，控制电路101可以通过改变控制信号C1和C2的周期时长、占空比等因素调节第一副边电路1022输出的第一直流电能的电压值。在此情况下，第一副边电路1022中的开关管S5至S8可以与原边电路1021中的开关管S1至S4同步导通和断开。也就是说，控制信号C1也可以控制开关管S6和S7的导通和断开，控制信号C2也可以控制开关管S5和S8的导通和断开。
具体来说，在第一时间段，开关管S7和S6同步导通。原边绕组中电流由第一端流向第二端，由于原边绕组与副边绕组L2之间存在电磁耦合，且副边绕组L2的第一端与原边绕组的第一端互为同名端，因此副边绕组L2中电流由第二端流向第一端，也就是说，电流从开关管S6流向开关管S7，从而构成第一副边电路1022在第一时间段的输出通路。
在第二时间段，开关管S5和S8同步导通。原边绕组中电流由第二端流向第一端，因此副边绕组L2中电流由第一端流向第二端，也就是说，电流从开关管S8流向开关管S5，从而构成第一副边电路1022在第二时间段的输出通路。
由上述过程可见，控制电路101通过控制信号C1和C2，控制开关管S5和S8，与开关管S6和S7交替导通和断开，从而使第一副边电路1022将从原边电路1021获得的第一交流电能转换为第一直流电能并输出。
需要指出的是，以上原边电路1021和第一副边电路1022的电路结构仅为示例。在具体实现结构中，原边电路1021和第一副边电路1022还存在多种可能的实现方式，本申请实施例对此不再一一列举。
第二副边电路1023
由上述过程可见，原边电路1021和第一副边电路1022使用相同的控制信号，可以实现同步整流。原边电路1021依据第一副边电路1022的输出需求生成原边交流电能，并将其中的第二交流电能提供给了第二副边电路1023。然而，第二副边电路1023的输出需求往往不同于第一副边电路1022，第二副边电路1023不仅需要对第二交流电能整流，还需要对第二交流电能调压，才可以得到适用于低压负载200的第二直流电能。因此，目前第二副边电路1023的电路结构往往过于复杂，还需要进一步研究。
有鉴于此，本申请实施例提供了一种第二副边电路1023的电路结构，该电路结构可以通过三极管和二极管等基础电路元件实现整流和调压，电路结构更加简单，不仅有利于降低OBC充电器100的生产成本，还有利于提高OBC充电器100的能量利用效率。接下来，通过以下实施例对本申请实施例所提供的第二副边电路1023作进一步说明。
实施例一
图5示例性示出了本申请实施例提供的一种第二副边电路1023结构示意图。如图5所示，第二副边电路1023包括第一副边绕组(副边绕组L3)、第一开关管(开关管SR11)、第一二极管(二极管D1)、第二副边绕组(副边绕组L4)、第二开关管(开关管SR21)和第二二极管(二极管D2)，第一直流端P1和第二直流端P2。其中，第二副边电路1023的第一直流端P1与低压负载200的正极耦合，第二副边电路1023的第二直流端P2与低压负载200的负极耦合，第二副边电路1023可以通过第一直流端P1和第二直流端P2向低压负载200提供第二直流电能。
如图5所示，副边绕组L3的第一端与开关管SR11的第一电极耦合，副边绕组L3的第二端分别与第二直流端P2和副边绕组L4的第一端耦合，开关管SR11的第二电极与二极管D1的阳极耦合，二极管D1的阴极与第一直流端P1耦合，开关管SR11的体二极管的阳极与二极管D1的阳极耦合；副边绕组L4的第二端与开关管SR21的第一电极耦合，开关管SR21的第二电极与二极管D2的阳极耦合，二极管D2的阴极与二极管D1的阴极耦合，开关管SR21的体二极管的阳极与二极管D2的阳极耦合。其中，副边绕组L3的第一端和副边绕组L4的第一端皆与原边绕组L1的第一端互为同名端。
图5中还包括漏感Lk1，其为等效电感，在实际实现中，漏感Lk1和副边绕组L3属于同一线圈(绕组)，漏感Lk2同理，对此不再赘述。
基于图5所示的第二副边电路1023，假设所有的开关管皆为NMOS，控制电路101可以通过图4中的控制信号C11控制开关管SR11的导通和断开，通过控制信号C21控制开关管SR21的导通和关闭。
以原边交流电能的一个周期T1为例，周期T1的时长为T。周期T2为周期T1的下一个周期。在周期T1中，ta与tb之间为第一时间段，tc与td之间为第二时间段。在第一时间段，原边绕组中的电流由原边绕组的第一端流向第二端。在第二时间段，原边绕组中的电流由原边绕组的第二端流向第一端。
在第一时间段内的时间点t1，控制电路101通过控制信号C11导通开关管SR11。请参考图5，其中，实线箭头表示时间点t1之后，第二副边电路1023中电流的流动方向，实线叉号表示时间点t1之后，二极管D2截止。由图5可见，在时间点t1导通开关管SR11之后，副边绕组L3与第一直流端P1和第二直流端P2构成输出回路，使得副边绕组L3可以将从原边绕组L1得到的正半周期的交流电能输出。
同理，在第二时间段内的时间点t3，控制电路101通过控制信号C21导通开关管SR21。请参考图5，其中，虚线箭头表示时间点t3之后，第二副边电路1023中电流的流动方向，虚线叉号表示时间点t1之后，二极管D1截止。由图5可见，在时间点t3导通开关管SR21之后，副边绕组L4与第一直流端P1和第二直流端P2构成输出回路，使得副边绕组L4可以将从原边绕组L1得到的负半周期的交流电能输出。
通过交替导通和断开开关管SR11及开关管SR21，从而可以将从原边绕组获得的第二交流电能变换为第二直流电能，即整流。
此外，如图4所示，时间点t1与时间点ta之间存在第一时延。具体来说，在时间点ta后原边交流电能进入正半周期，在ta至t1时间点之间，开关管SR11的体二极管截止，从而有利于防止副边绕组L3在此期间放电。由于开关管SR11的体二极管的存在，使得控制电路101可以通过调整第一时延的时间长度以调节第二直流电能的电压，也就是相控调压。同理，开关管SR21中体二极管的存在，使得控制电路101可以通过调整时间点t3与时间点tc之间的第二时延的时间长度以调节第二直流电能的电压。大多数情况下，原边交流电能的正半周期和负半周期具有相同的时间长度和电压幅值，因此第一时延和第二时延通常具有相同的时间长度。
接下来，对控制电路101断开开关管SR11的时间点t2和断开开关管SR21的时间点t4作进一步说明。
由于本申请实施例是通过第一时延和第二时延进行相控调压，因此为了保证开关管SR11在周期T2内仍可以继续完成相控调压，本申请实施例中，控制电路101需要在周期T2的第一时间段之前断开开关管SR11，也就是说，时间点t2不晚于周期T2中第一时间段的初始时间点，其中，周期T2中第一时间段的初始时间点也可以理解为周期T2中的时间点t1，与周期T1中的时间点t1间隔周期时长T。
本申请实施例中，控制电路101可以在导通开关管SR21时或者导通开关管SR21之后，断开开关管SR11，也就是说，时间点t2可以是时间点t3或时间点t3之后的时间点，时间点t2不早于时间点t3。请参考图5，若时间点t2为时间点t3之后的时间点，则时间点t3至时间点t2期间，开关管SR11和开关管SR21皆导通。然而，此时虚线箭头所示的回路导通，由于二极管D1处于截止状态，因此即使开关管SR11导通，也不会对副边绕组L4传递的电能造成损耗。
综上，控制电路101断开开关管SR11的时间点t2可以是时间点t3，或者是周期T2中的时间点t1，或者是时间点t3与周期T2中的时间点t1之间的任一时间点。基于相同的道理，控制电路101断开开关管SR21的时间点t4可以是周期T2中导通SR11的时间点(周期T2中的时间点t1)，也可以是周期T2中第二时间段的初始时间点(周期T2中的时间点tc)，或者也可以是周期T2中的时间点t1和周期T2中的时间点tc之间的任一时间点。
通过图5所示的电路结构可见，本申请实施例通过第二副边电路1023中的两个开关管(开关管SR11和SR21)以及两个二极管(二极管D1和D2)实现整流及调压。而且，即使原边交流电能的周期发生变化，控制电路101也可以通过对应调整第一时延和第二时延的时间长度，以同步调整第二直流电能的电压，使第二直流电能可以一直适配于低压负载200。综上，本申请实施例所提供的第二副边电路1023结构简单，有利于降低OBC充电器100成本，提高OBC充电器100的能量利用效率，而且该第二副边电路1023的频率使用范围更宽，可以根据原边交流电能的周期(频率)变化而适应性调整。
如图5所示，在一种可能的实现方式中，第二副边电路1023中还可以包括滤波电感L.buck和滤波电容Cf2。其中，滤波电感L.buck的第一端与二极管D1的阴极耦合，滤波电感L.buck第二端分别与滤波电容Cf2的第一电极和第二副边电路1023的第一直流端P1耦合，滤波电容Cf2的第二电极与接地电路耦合。滤波电感L.buck和滤波电容Cf2可以对第二直流电能作进一步滤波，从而降低提供给低压负载200的第二直流电能的电压文波。
实施例二
如实施例一所述，二极管D1主要用于防止原边交流电能的负半周期电能被反向释放给副边绕组L3，二极管D2主要用于防止原边交流电能的正半周期电能被反向释放给副边绕组L4。有鉴于此，还可以采用开关管SR12和SR22来模拟二极管D1和二极管D2，以到达进一步降低损耗的效果。
示例性的，如图3所示，二极管D1和二极管D2分别可以为开关管SR12和开关管SR22的体二极管。具体来说，二极管D1可以是开关管SR12的体二极管，开关管SR12的第一电极与开关管SR11的第二电极耦合，开关管SR12的第二电极与第二副边电路1023的第一直流端P1耦合。二极管D2可以是开关管SR22的体二极管，开关管22的第一电极与开关管SR21的第二电极耦合，开关管SR22的第二电极与第二副边电路1023的第二直流端P2耦合。
在本申请实施例中，开关管SR21和开关管SR22至少存在以下两种控制方式：
在一种可能的实现方式中，如图6所示，控制电路101分别与开关管SR12的控制电极和开关管SR22的控制电极耦合，控制电路101可以通过如图4所示的控制信号C12控制开关管SR12的导通和断开，通过控制信号C22控制开关管SR22的导通和断开。
具体来说，如图4所示，控制电路101可以在时间点t1(控制信号C12的上升沿)导通开关管SR12，也就是说，控制电路101在时间点t1，同时导通开关管SR11和开关管SR12，从而可以保持第一时延的相控调压功能。控制电路101可以在时间点t5(控制信号C12的下降沿)断开开关管SR12。其中，时间点t5可以是时间点t3，也可以是时间点tb，也可以是时间点t3与时间点tb之间的任一时间点。
这是由于，开关管SR12需要在开关管SR11导通至第一时间段结束期间保持导通，使第二交流电能可以经开关管SR12的沟道传输，有利于降低电能损耗。因此，控制电路101需要同时导通开关管SR11和开关管SR12，并在第一时间段结束(时间点tb)之前保持开关管SR12导通。在开关管SR21导通后，开关管SR12需要保持断开，以防止负半周期的交流电能被反向释放给副边绕组L3，因此，控制电路101需要在开关管SR12导通(时间点t3)之前断开开关管SR12。
综上，控制电路101在时间点t3，或者时间点tb，或者时间点t3与时间点tb之间的任一时间点断开开关管SR12，可以通过开关管SR12和SR22模仿二极管D1和D2的功能，并降低第二副边电路1023的损耗。
基于同样的道理，控制电路101可以在时间点t3，同时导通开关管SR21和开关管SR22，从而可以保持第一时延的相控调压功能。控制电路101可以在时间点t6(控制信号C22的下降沿)断开开关管SR22。其中，时间点t6可以是周期T2中的时间点t1，也可以是周期T1中第二时间段结束的时间点(时间点td)，也可以是周期T1中时间点td与周期T2中的时间点t1之间的任一时间点。对此不再赘述。
在另一种可能的实现方式中，如图7所示，OBC充电器100还可以包括第一逻辑电路104和第二逻辑电路105。其中，第一逻辑电路104分别与开关管SR12的第一电极、第二电极和控制电极耦合。一般来说，第一逻辑电路104可以是同步整流驱动芯片(drive logic)。第一逻辑电路可以分别检测开关管SR12的第一电极和第二电极的电压，在第一电极的电压高于第二电极的电压时，导通开关管SR12。
具体来说，控制电路101控制开关管SR11导通，可以使开关管SR12的第一电极电压升高。进而，第一逻辑电路104检测到开关管SR12的第一电极电压高于第二电极电压，从而导通开关管SR12，进而使副边绕组L3中电能的电能可以输出至低压负载200。在一种可能实现方式中，第一逻辑电路104中可以预设有电压阈值，第一逻辑电路104在确定开关管SR12的第一电极电压大于第二电极电压，且第一电极电压与第二电极电压之间的电压差值大于电压阈值之后，再导通开关管SR12，从而有利于防止电压波动引起误判。
第一时间段结束后，开关管SR12的第一电极电压逐渐降低。当开关管SR12的第一电极电压不再大于第二电极电压，或者第一电极电压与第二电极电压之间的电压差值不再大于电压阈值，控制电路101控制开关管SR21断开。
采用第一逻辑电路监控开关管SR12的第一电极和第二电极的电压情况，有利于提高第二副边电路1023的电路安全。
与第一逻辑电路104类似，第二逻辑电路105分别与开关管SR22的第一电极、第二电极和控制电极耦合，第二逻辑电路可以分别检测开关管SR22的第一电极和第二电极的电压，在开关管SR22的第一电极的电压高于第二电极的电压时，导通开关管SR22。具体实现可以参考第一逻辑电路104，对此不再赘述。
实施例三
以上，以充电模式下的OBC充电器100为例，对本申请所提供的OBC电路102及OBC充电器100进行了说明。需要指出的是，本申请实施例所提供的OBC电路102及OBC充电器100同样适用于放电模式。
具体来说，动力电池300可以向第一副边电路1022输入直流形式的电池电能。控制电路101可以控制第一副边电路1022将直流形式的电池电能转换为交流形式的电池电能。控制电路101可以控制原边电路1021将从第一副边电路1022得到的电池电能输出至新能源汽车的外部负载，具体实现可以参考现有技术，对此不再赘述。
控制电路101也可以控制第二副边电路1023将从第一副边电路1022得到的电池电能转换为第二直流电能，并提供给低压负载200。在此情况下，图4中的控制信号C1为控制第一副边电路1022中开关管S6和S7的控制信号，控制信号C2为控制第一副边电路1022中开关管S5和S8的控制信号，控制电路101通过控制信号C1和控制信号C2控制第一副边电路1022产生副边交流电能。
第二副边电路1023从第一副边电路1022获取副边交流电能，并将其转换为第二直流电能，该过程类似于上述实施例一或实施例二，对此不再赘述。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (11)

1.一种车载充电OBC电路，其特征在于，包括：原边电路、第一副边电路和第二副边电路，所述原边电路分别与所述第一副边电路和所述第二副边电路磁耦合；
所述原边电路用于分别向所述第一副边电路提供第一交流电能，向所述第二副边电路提供第二交流电能，其中，所述第一交流电能和所述第二交流电能的频率相同；
所述第二副边电路包括：第一副边绕组、第一开关管、第一二极管、第二副边绕组、第二开关管和第二二极管，第一直流端和第二直流端；所述第一副边绕组的第一端与所述第一开关管的第一电极耦合，所述第一副边绕组的第二端分别与所述第二直流端和所述第二副边绕组的第一端耦合，所述第一开关管的第二电极与所述第一二极管的阳极耦合，所述第一二极管的阴极与所述第一直流端耦合，所述第一开关管的体二极管的阳极与所述第一二极管的阳极耦合；
所述第二副边绕组的第二端与所述第二开关管的第一电极耦合，所述第二开关管的第二电极与所述第二二极管的阳极耦合，所述第二二极管的阴极与所述第一二极管的阴极耦合，所述第二开关管的体二极管的阳极与所述第二二极管的阳极耦合。
2.根据权利要求1所述的OBC电路，其特征在于，所述第二副边电路还包括滤波电容和滤波电感；
所述滤波电感的一端与所述第一二极管的阴极耦合，所述滤波电感的另一端分别与所述第一直流端和所述滤波电容的第一电极耦合，所述滤波电容的第二电极与接地电路耦合。
3.根据权利要求1或2所述的OBC电路，其特征在于，所述第一二极管为第三开关管的体二极管，所述第三开关管的第一电极与所述第一开关管的第二电极耦合，所述第三开关管的第二电极与所述第一直流端耦合；和/或，
所述第二二极管为第四开关管的体二极管，所述第四开关管的第一电极与所述第二开关管的第二电极耦合，所述第四开关管的第二电极与所述第一二极管的阴极耦合。
4.一种车载充电OBC充电器，其特征在于，包括：控制电路和如权利要求1或2所述的OBC电路，所述控制电路分别与所述OBC电路中的原边电路和第一副边电路耦合；
所述控制电路用于：
在当前第一周期的第一时间段，控制所述原边电路产生原边交流电能的正半周期电能，在所述当前第一周期的第二时间段，控制所述原边电路产生原边交流电能的负半周期电能；
控制所述第一副边电路将从所述原边电路得到的第一交流电能转换为第一直流电能，所述第一交流电能为所述原边交流电能中的部分电能；
所述控制电路还分别与所述第二副边电路中第一开关管的控制电极和所述第二开关管的控制电极耦合，所述控制电路还用于：
在所述第一时间段内的第一时间点，导通所述第一开关管，所述第一时间点与所述第一时间段的初始时间点间隔第一时延，所述第一时延用于调节所述第二副边电路输出的第二直流电能的电压值；
在所述第一时间点之后的第二时间点，断开所述第一开关管，所述第二时间点不晚于下一个第一周期中，所述第一时间段的初始时间点；
在所述第二时间段内的第三时间点，导通所述第二开关管，所述第三时间点与所述第二时间段的初始时间点间隔第二时延，所述第二时延用于调节所述第二直流电能的电压值；
在所述第三时间点之后的第四时间点，断开所述第二开关管，所述第四时间点不晚于下一个第一周期中，所述第二时间段的初始时间点。
5.根据权利要求4所述的OBC充电器，其特征在于，所述第二时间点不早于所述第三时间点，和/或，所述第四时间点不早于下一个第一周期中的第一时间点。
6.根据权利要求4或5所述的OBC充电器，其特征在于，所述第一二极管为第三开关管的体二极管，所述第三开关管的第一电极与所述第一开关管的第二电极耦合，所述第三开关管的第二电极与所述第一直流端耦合；所述控制电路，还用于：在所述第一时间点导通所述第三开关管，并在所述第一时间点之后的第五时间点断开所述第三开关管，所述第五时间点不早于所述第一时间段的结束时间点，且不晚于所述第三时间点；和/或，
所述第二二极管为第四开关管的体二极管，所述第四开关管的第一电极与所述第二开关管的第二电极耦合，所述第四开关管的第二电极与所述第一二极管的阴极耦合；所述控制电路，还用于：在所述第三时间点导通所述第四开关管，并在所述第四时间点之后的第六时间点断开所述第四开关管，所述第六时间点不早于所述第二时间段的结束时间点，且不晚于下一个第一周期的第一时间点。
7.根据权利要求4或5所述的OBC充电器，其特征在于，所述第一二极管为第三开关管的体二极管，所述第三开关管的第一电极与所述第一开关管的第二电极耦合，所述第三开关管的第二电极与所述第一直流端耦合；所述OBC充电器还包括第一逻辑电路，所述第一逻辑电路分别与所述第三开关管的第一电极、第二电极和控制电极耦合；所述第一逻辑电路，用于分别检测所述第三开关管的第一电极和第二电极的电压，在所述第一电极的电压高于所述第二电极的电压时，导通所述第三开关管；和/或，
所述第二二极管为第四开关管的体二极管，所述第四开关管的第一电极与所述第二开关管的第二电极耦合，所述第四开关管的第二电极与所述第一二极管的阴极耦合；所述OBC充电器还包括第二逻辑电路，所述第二逻辑电路分别与所述第四开关管的第一电极、第二电极和控制电极耦合；所述第二逻辑电路，用于分别检测所述第四开关管的第一电极和第二电极的电压，在所述第一电极的电压高于所述第二电极的电压时，导通所述第四开关管。
8.根据权利要求4至7中任一项所述的OBC充电器，其特征在于，所述OBC充电器还包括功率校准PFC电路，所述PFC电路与所述原边电路耦合；
所述PFC电路，用于接收交流电形式的充电电能，对所述充电电能进行功率校准，将功率校准后的充电电能转换为原边直流电能，并将所述原边直流电能提供给所述原边电路；
所述原边电路，具体用于：
将所述原边直流电能转换为所述原边交流电能，并将所述原边交流电能中的第一交流电能提供给所述第一副边电路，将所述原边交流电能中的第二交流电能提供给所述第二副边电路。
9.根据权利要求4至8中任一项所述的OBC充电器，其特征在于，所述控制电路，还用于：
在当前第二周期的第三时间段，控制所述第一副边电路产生副边交流电能的正半周期电能，在所述当前第二周期的第四时间段，控制所述第一副边电路产生副边交流电能的负半周期电能；
在所述第三时间段内的第七时间点，导通所述第一开关管，所述第七时间点与所述第三时间段的初始时间点间隔第三时延，所述第三时延用于调节所述第二副边电路输出的第二直流电能的电压值；
在所述第七时间点之后的第八时间点，断开所述第一开关管，所述第八时间点不晚于下一个第二周期中，所述第三时间段的初始时间点；
在所述第四时间段内的第九时间点，导通所述第二开关管，所述第九时间点与所述第四时间段的初始时间点间隔第四时延，所述第四时延用于调节所述第二副边电路输出的第二直流电能的电压值；
在所述第九时间点之后的第十时间点，断开所述第二开关管，所述第十时间点不晚于下一个第二周期中，所述第四时间段的初始时间点。
10.一种新能源汽车，其特征在于，包括：动力电池、低压负载、电机、车轮和如4至9中任一项所述的OBC充电器；
所述动力电池与所述OBC充电器中的第一副边电路耦合，所述低压负载的正极与所述OBC充电器中第二副边电路的第一直流端耦合，所述低压负载的负极与第二副边电路的第二直流端耦合；
所述OBC充电器，用于为所述动力电池提供所述第一直流电能，为所述低压负载提供所述第二直流电能；
所述动力电池，用于驱动所述电机；
所述电机用于驱动所述车轮转动。
11.一种充电桩，其特征在于，包括电源电路和充电枪；
所述充电枪，用于与如权利要求4至9中任一项所提供的OBC充电器耦合；
所述电源电路，用于通过所述充电枪为所述OBC充电器供电。
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