CN113067479B - 一种充电模块dc/dc拓扑电路 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种充电模块DC/DC拓扑电路，主电路为三相H桥结构。每个桥臂为一路独立的LLC变换器。三路变换器集成在一起，组成一个大功率的LLC变换器。变压器为一个集成式EE型变压器。每个磁柱上绕制一组线圈，三个磁柱对应的三个变压器原边接三相H桥的桥臂，副边接各自的整流电路；三路变换器为一个整体，利用特别的控制方式完成隔离式DC/DC变换。本发明为低成本、高功率密度变换器提供了一种新型拓扑结构及新的控制思想。

Description

一种充电模块DC/DC拓扑电路
技术领域
本发明涉及汽车充电领域，特别是一种充电模块DC/DC拓扑电路。
背景技术
目前，目前市场上充电模块DC/DC拓扑电路如下：
如图1所述，两路半桥式LLC变换器，输出功率10KW+10KW，变换器副边整流后并联或串联。采用半桥式LLC电路和隔离变压器以及整流电路形成直流充电电路，在整流电路的直流输出端串联或者并联输出。
如图2所述，两路桥式移相变换器，输出功率10KW+10KW，变换器副边整流后并联或串联。
如图3所示是另外一种三电平充电模块DC/DC拓扑电路。
这三种电路都采用了双桥臂H桥式开关电路、隔离变压器、整流输出电路的方式，在整流输出端通过并联或者串联的方式输出，给汽车充电。
目前，充电模块DC/DC拓扑电路中，隔离变压器由单管组成的桥式拓扑驱动，很难提升输出功率，满足不了市场对大功率充电模块的需求。
发明内容
本发明针对目前，充电模块DC/DC拓扑电路由单管组成的拓扑电路驱动，很难提升输出功率，满足不了市场对大功率充电模块的需求的不足，提供一种新型充电模块DC/DC拓扑电路。
本发明为实现以上技术要求而采用的技术方案是：一种充电模块DC/DC拓扑电路，包括三相H桥臂变换器，每一相H桥臂变换器接一个变压器原边，在变压器副边是各自的整流电路；三个变压器集成为一个整体，每个变压器的原副边绕组分别绕在一个E字型磁柱上。
进一步的，上述的充电模块DC/DC拓扑电路中：所述的E字型磁柱(2)上的三个磁柱截面积相同软磁铁氧体。
进一步的，上述的充电模块DC/DC拓扑电路中：每一相的H桥电路中，控制两个开关管的PWM信号互为反相。
进一步的，上述的充电模块DC/DC拓扑电路中：每个开关管两端并联有电容。
进一步的，上述的充电模块DC/DC拓扑电路中：任一相H桥与变压器的原边相连时还串联有谐振电感。
进一步的，上述的充电模块DC/DC拓扑电路中：在变压器的原边另外一端还串连有谐振电容。
进一步的，上述的充电模块DC/DC拓扑电路中：变压器输出的整流电路为全桥整流电路；每路整流输出V。：
V。＝2.828/(n*π)*Vin
n是变压器的变比，Vin是输入电压。
进一步的，上述的充电模块DC/DC拓扑电路中：还包括实现由三路全桥整流电路输出并联实现低压大电流输出、串联实现高压恒功率输出的输出控制电路。
进一步的，上述的充电模块DC/DC拓扑电路中：其特征在于：所述的三相H桥变换器可以理解为三路半桥LLC变换器组成，采用6路三对两两互补的调制信号控制；每组互补调制信号频率相同，相位互差120°。
本发明中，变换器的变压器集成为一个整体，减小了体积，降低了成本，提升了充电模块功率。
以下将结合附图和实施例，对本发明进行较为详细的说明。
附图说明
附图1为目前常用的DC/DC拓扑电路拓扑结构图(一)。
附图2为目前常用的DC/DC拓扑电路拓扑结构图(二)。
附图3为目前常用的DC/DC拓扑电路拓扑结构图(三)。
附图4为本发明充电模块DC/DC拓扑电路中H桥电路和隔离变压器电路图。
附图5为本发明充电模块DC/DC拓扑电路中的全波整流电路原理图。
附图6为本发明充电模块DC/DC拓扑电路中的输出控制电路。
具体实施方式
实施例1，本实施例是一种充电模块DC/DC拓扑电路，如图4所示，包括至少一只隔离变压器，在每个隔离变压器原边是H桥结构电路，在隔离变压器副边是各自的整流电路；具体的是一种三只隔离变压器和三相H桥电路结构，每只隔离变压器的原边一端与一相H桥电路中上下臂之间相连，另一端分别通过电容接电源的+-端，所有的隔离变压器集成为一个整体，原副边绕组绕在一个磁柱上，所有的磁柱均从一块磁体上伸出，磁芯结构如图4所示。
为了降低变换器的变压器成本，提高功率密度。将变压器集成为一个整体。磁性材料：软磁铁氧体，形状可以是PQ型、EE型、EEW型，根据实际装配空间决定。绕法为：每路变换的原副边绕组绕在一个磁柱上。要求三组绕组匝数及绕法一致。
每一相的H桥电路中，控制两个开关管的调制信号互为反相。如图4所示，电路为DC/DC隔离变换器主电路原边，为三相H桥结构。
具体的是+400V和-400VDC电源，在两极之间设置两个串连电容CE1和CE2，电容CE1的一端与电源的正极相连，另一端与电容CE2相连，电容CE2的另一端与电源负极相连，三相H桥是结构基本一致的三支桥臂组成，每支桥臂由两个开关管MS1和MS2组成，+400V电源正极经过开关管MS1和MS2以后接-400VDC电源，开关由控制电路控制，控制电路产生开关信号控制，H桥与变压器的原边相连时还串联有谐振电感LR1。在变压器的原边另外一端还串连有谐振电容CR1。具体电路如图4所示。三个变压器的磁芯形成E字型磁芯，三根截面积相等的磁柱上分别緾绕着一个隔离变压器的原、副边线圈。
理论基础如下：
(2/π)*Vin*sin(wt)+(2/π)*Vin*sin(wt+120°)+(2/π)*Vin*sin(wt-120°)＝0；
LR1 LR2 LR3谐振电感器；
CR1 CR2 CR3谐振电容器；
TRF1 TRF2 TRF3变换器变压器(实践中为一个变压器的AB C三相绕组)；
MS1 MS2组成一个桥臂，互为反相，每管上并联的电容没有画出；
MS3 MS4组成一个桥臂，互为反相，每管上并联的电容没有画出；
MS5 MS6组成一个桥臂，互为反相，每管上并联的电容没有画出；
如图5所示，是本实施例的全波整流电路，为三路变压器输出整流电路，全桥整流电路。
每路整流输出V。＝2.828/(n*π)*Vin
n是变压器的变比，Vin是输入电压。
本实施例中，还包括实现由三路全桥整流电路输出并联实现低压大电流输出、串联实现高压恒功率输出的输出控制电路。输出控制电路如图6所示：
DC/DC模块总输出由三路整流输出并联、串联实现低压大电流输出，高压恒功率输出。
RL1、RL2、RL3、RL5继电器闭合，RL4、RL6断开，模块低压大电流输出。
RL1、RL2、RL3、RL5继电器断开，RL4、RL6闭合，模块高压恒功率输出。
本拓扑电路为三相H桥变换器，可以分解为三路半桥LLC变换器，为了做到变压器集成，三路变换器采用6路三对两两互补的调制信号控制。每组互补调制信号频率相同，相位互差120°。

Claims (5)

1.一种充电模块DC/DC拓扑电路，包括三相H桥臂变换器，每一相H桥臂变换器接一个变压器原边，在变压器副边是各自的整流电路，其特征在于：
三个变压器集成为一个整体，每个变压器的原副边绕组分别绕在一个E字型磁柱(2)上；所述的E字型磁柱(2)上的三个磁柱是截面积相同软磁铁氧体，形状是PQ型或EE型或EEW型，线圈绕法为每路变换的原副边绕组绕在一个磁柱上；三组绕组匝数及绕法一致；
三相H桥臂变换器是结构一致的三支桥臂组成，每支桥臂由两个开关管MS1和MS2组成，电源正极经过开关管MS1和MS2以后接电源负极，开关管MS1和MS2由控制电路控制，控制电路产生开关信号控制，H桥与变压器的原边相连时还串联有谐振电感；在变压器的原边另外一端还串连有谐振电容；三个变压器的磁芯形成E字型磁芯，三根截面积相等的磁柱上分别经绕着一个隔离变压器的原、副边线圈；
充电模块DC/DC拓扑电路还包括实现由三路全桥整流电路输出并联实现低压大电流输出、串联实现高压恒功率输出的输出控制电路；
输出控制电路包括6个继电器，分别记为继电器RL1，继电器RL2，...，继电器RL6；
继电器RL1的输入端和继电器RL3的输入端分别与第一路整流电路的负极输出端和第二路整流电路的负极输出端一一对应连接，继电器RL1的输出端和继电器RL3的输出端连接输出控制电路的负极输出端；
继电器RL2的输入端和继电器RL4的输入端分别与第二路整流电路的正极输出端和第三路整流电路的正极输出端一一对应连接，继电器RL2的输出端和继电器RL4的输出端连接输出控制电路的正极输出端；
继电器RL5的一端连接继电器RL3的输入端，另一端连接继电器RL4的输入端；继电器RL6的一端连接继电器RL1的输入端，另一端连接继电器RL2的输入端；
第一路整流电路的正极输出端还连接输出控制电路的正极输入端，第三路整流电路的负极输出端还连接输出控制电路的负极输入端；
当继电器RL1、继电器RL2、继电器RL3和继电器RL5闭合，继电器RL4和继电器RL6断开时，输出控制电路实现低压大电流输出；
当继电器RL1、继电器RL2、继电器RL3、和继电器RL5断开，继电器RL4和继电器RL6闭合时，输出控制电路实现高压恒功率输出。
2.根据权利要求1所述的充电模块DC/DC拓扑电路，其特征在于：每一相的H桥臂电路中，控制两个开关管的调制控制信号互为反相。
3.根据权利要求2所述的充电模块DC/DC拓扑电路，其特征在于：每个开关管两端并联有电容。
4.根据权利要求1所述的充电模块DC/DC拓扑电路，其特征在于：三只隔离变压器输出的整流电路为全桥整流电路；每路整流输出Vo:
Vo＝2.828/(n*π)*Vin
n是变压器的变比，Vin是输入电压。
5.根据权利要求1所述的充电模块DC/DC拓扑电路，其特征在于：所述的三相H桥臂变换器由三路半桥LLC变换器组成，采用6路三对两两互补的调制信号控制；每组互补调制信号频率相同，相位互差120°。
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