CN205646960U - 一种整流充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种整流充电装置。三相PFC整流模块输入端与三相电源连接，三相PFC整流模块的两输出端分别经第一、第二PFC母线滤波电容与三相PFC整流模块的GND端相连接至地，三相PFC整流模块的第一输出端、第二输出端分别与第一至第N谐振模块的第一输入端、第一至第N谐振模块的第二输入端连接，第一至第N谐振模块的第一输出端、第二输出端分别与第一至第N输出整流模块的第一输入端、第二输入端连接，第一输出整流模块的第一输出端经输出二极管连接至负载正极，第i输出整流模块的第二输出端与第i+1输出整流模块的第一输出端连接，第N输出整流模块的第二输出端连接至负载负极。本实用新型实现了小的输入电流纹波和输出电压纹波，并在全输出范围内都工作在高效状态下。

Description

一种整流充电装置

技术领域

本实用新型涉及一种电动汽车直流充电装置，具体涉及一种整流充电装置。

背景技术

随着新能源行业的兴起，尤其是电动汽车充电设施的大量应用，对充电设备的小型化设计要求越来越高。同时，电动汽车电池充电设备需求的电压范围也越来越宽，这对充电设备的设计提出了更高的要求。

目前常见的交错并联AC/DC变换技术有以下几种：

（1）普通的交错并联PFC技术，该方式采用多个PFC模组直接并联，每个模组均需采用一个单独的电感，设备所需体积较大，不利于小型化设计。

（2）耦合电感型交错并联PFC技术，其中包括正耦合型和反耦合型，前者具有较小的输入电流纹波，但单个支路处于断续模式，电流峰值大，不利于开关管的选型设计；后者减小了单个支路的电流纹波，但输入电流纹波变大了。

针对输出电压范围较宽的场合，常用的方法直接用全桥/半桥拓扑直接输出，这种方式无法在全范围内实现高效率工作，同时输出侧的功率管耐压要求高，损耗大。

本方案在AC/DC侧采用了变压器耦合的交错并联PFC技术，DC/DC侧采用交错串联技术，实现了小的输入电流纹波和输出电压纹波，并在全输出范围内都工作在高效状态下。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种整流充电装置，该装置实现了小的输入电流纹波和输出电压纹波，并在全输出范围内都工作在高效状态下。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种整流充电装置，包括三相PFC整流模块、第一至第二PFC母线滤波电容、第一至第N谐振模块、第一至第N输出整流模块和输出二极管；所述三相PFC整流模块的A、B、C三相输入端分别与三相电源A、B、C三相连接，三相PFC整流模块的第一输出端、第二输出端分别经第一PFC母线滤波电容、第二PFC母线滤波电容与三相PFC整流模块的GND端连接，并连接至地，所述三相PFC整流模块的第一输出端还分别与第一至第N谐振模块的第一输入端连接，所述三相PFC整流模块的第二输出端还分别与第一至第N谐振模块的第二输入端连接，所述第一至第N谐振模块的第一输出端分别与第一至第N输出整流模块的第一输入端连接，所述第一至第N谐振模块的第二输出端分别与第一至第N输出整流模块的第二输入端连接，第一输出整流模块的第一输出端经输出二极管连接至负载正极，第i输出整流模块的第二输出端与第i+1输出整流模块的第一输出端连接，第N输出整流模块的第二输出端连接至负载负极，其中，N为大于等于2的自然数，1≤i≤N-1。

在本实用新型一实施例中，所述三相PFC整流模块包括第一至第三电感、第一至第三变压器、第一至第六双向开关和第一至第六双二极管串联电路；三相电源的A相经第一电感、第一变压器分为相互对称的两部分后分别经第一双向开关、第二双向开关接地；三相电源的B相经第二电感、第二变压器分为相互对称的两部分后分别经第三双向开关、第四双向开关接地；三相电源的C相经第三电感、第三变压器分为相互对称的两部分后分别经第五双向开关、第六双向开关接地；所述第一至第六双二极管串联电路的两个二极管的连接点分别与第一至第六双向开关的一端连接，所述第一至第六双二极管串联电路分别并联连接，且第一至第六双二极管串联电路的负极作为所述三相PFC整流模块的第一输出端，第一至第六双二极管串联电路的正极作为所述三相PFC整流模块的第二输出端。

在本实用新型一实施例中，所述三相电源的A相与三相PFC整流模块具体连接关系为：所述第一双二极管串联电路包括串联连接的第一、第七二极管，所述第二双二极管串联电路包括串联连接的第二、第八二极管，所述三相电源的A相经第一电感与第一变压器初级的同名端和次级的异名端连接，所述第一变压器初级的异名端分别连接至第一二极管的阳极、第七二极管的阴极、第一双向开关的一端，所述第一变压器次级的同名端分别连接至第二二极管的阳极、第八二极管的阴极、第二双向开关的一端，所述第一、第二双向开关的另一端接地。

在本实用新型一实施例中，所述三相电源的B相与三相PFC整流模块具体连接关系为：所述第三双二极管串联电路包括串联连接的第三、第九二极管，所述第四双二极管串联电路包括串联连接的第四、第十二极管，所述三相电源的B相经第二电感与第二变压器初级的同名端和次级的异名端连接，所述第二变压器初级的异名端分别连接至第三二极管的阳极、第九二极管的阴极、第三双向开关的一端，所述第二变压器次级的同名端分别连接至第四二极管的阳极、第十二极管的阴极、第四双向开关的一端，所述第三、第四双向开关的另一端接地。

在本实用新型一实施例中，所述三相电源的C相与三相PFC整流模块具体连接关系为：所述第五双二极管串联电路包括串联连接的第五、第十一二极管，所述第六双二极管串联电路包括串联连接的第六、第十二二极管，所述三相电源的C相经第三电感与第三变压器初级的同名端和次级的异名端连接，所述第三变压器初级的异名端分别连接至第五二极管的阳极、第十一二极管的阴极、第五双向开关的一端，所述第三变压器次级的同名端分别连接至第六二极管的阳极、第十二二极管的阴极、第六双向开关的一端，所述第五、第六双向开关的另一端接地。

在本实用新型一实施例中，所述第一至第六双向开关均由一开关管、四个二极管组成，所述开关管上还并联有一二极管，该二极管为寄生二极管或复合二极管，所述开关管为MOS管或IGBT管。

在本实用新型一实施例中，所述第一至第六双向开关均由两个开关管、两个二极管组成，所述两个开关管上均并联有二极管，该二极管为寄生二极管或复合二极管，所述两个开关管为MOS管或IGBT管。

在本实用新型一实施例中，所述第一至第六双向开关均由两个开关管反向串联构成，所述两个开关管上均并联有二极管，该二极管为寄生二极管或复合二极管，所述两个开关管为MOS管或IGBT管。

在本实用新型一实施例中，所述第一谐振模块包括第一至第四开关管、第十三至第十六二极管、第四电感、第四变压器、第一至第二电容，所述第一至第四开关管串联连接，所述第一开关管的漏极、第十五二极管的阴极与所述三相PFC整流模块的第一输出端连接，所述第一开关管与第二开关管的连接点与第十三二极管的阴极、第一电容的一端连接，所述第二开关管与第三开关管的连接点经第四电感与第四变压器初级的一端连接，所述第三开关管与第四开关管的连接点与第十四二极管的阳极、第一电容的另一端连接，所述第四开关管的源极、第十六二极管的阳极与所述三相PFC整流模块的第二输出端连接，所述第十三二极管的阳极、第十四二极管的阴极相连接，并经第二电容连接至第四变压器初级的另一端，所述第十五二极管的阳极、第十六二极管的阴极相连接至第四变压器初级的另一端，所述第四变压器次级的两端分别作为所述第一谐振模块的第一输出端、第二输出端；所述第二至第N谐振模块的电路结构与所述第一谐振模块的电路结构相同。

在本实用新型一实施例中，所述第一输出整流模块包括第十七至第二十极管、第三电容，所述第十七二极管的阳极、第十八二极管的阴极相连接作为所述第一输出整流模块的第一输入端，所述第十九二极管的阳极、第二十二极管的阴极相连接作为所述第一输出整流模块的第二输入端，所述第十七二极管的阴极、第十九二极管的阴极、第三电容的一端相连接作为所述第一输出整流模块的第一输出端，所述第十八二极管的阳极、第二十二极管的阳极、第三电容的另一端相连接作为所述第一输出整流模块的第二输出端；所述第二至第N输出整流模块的电路结构与所述第一输出整流模块的电路结构相同。

相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：

1、本装置前级的三相PFC整流模块，通过将每相分成两部分并联，使得开关管和二极管的电流应力降低；并通过交错控制，使得两部分的输入电流波动互补，降低了总的输入电流波动；

2、本装置前级的三相PFC整流模块通过采用变压器的同名端，使得正负半周变压器内磁通互补，主动退磁，减少了损耗；

3、本装置前级的三相PFC整流模块通过使用并联在PFC整流模块的输出端的两颗串联的二极管，使得在主开关管关断时电流不流经双向开关，单独经过该二极管，少流经一个二极管，进而降低了损耗，提升了效率。

4、本装置通过控制后级对应谐振模块和整流模块的工作状态，实现超宽范围的输出电压，而无需提高开关频率，从而减少***损耗。

附图说明

图1是本实用新型装置原理框图。

图2是本实用新型三相PFC整流模块电路原理图。

图3是本实用新型采用的一种双向开关。

图4是本实用新型采用的另一种双向开关。

图5是本实用新型采用的第三种双向开关。

图6是本实用新型谐振模块电路原理图。

图7是本实用新型输出整流模块电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。

如图1所示，本实用新型的一种整流充电装置，包括三相PFC整流模块、第一至第二PFC母线滤波电容、第一至第N谐振模块、第一至第N输出整流模块和输出二极管；所述三相PFC整流模块的A、B、C三相输入端分别与三相电源A、B、C三相连接，三相PFC整流模块的第一输出端、第二输出端分别经第一PFC母线滤波电容、第二PFC母线滤波电容与三相PFC整流模块的GND端连接，并连接至地，所述三相PFC整流模块的第一输出端还分别与第一至第N谐振模块的第一输入端连接，所述三相PFC整流模块的第二输出端还分别与第一至第N谐振模块的第二输入端连接，所述第一至第N谐振模块的第一输出端分别与第一至第N输出整流模块的第一输入端连接，所述第一至第N谐振模块的第二输出端分别与第一至第N输出整流模块的第二输入端连接，第一输出整流模块的第一输出端经输出二极管连接至负载正极，第i输出整流模块的第二输出端与第i+1输出整流模块的第一输出端连接，第N输出整流模块的第二输出端连接至负载负极，其中，N为大于等于2的自然数，1≤i≤N-1。

如图2所示，所述三相PFC整流模块包括第一至第三电感、第一至第三变压器、第一至第六双向开关和第一至第六双二极管串联电路；三相电源的A相经第一电感、第一变压器分为相互对称的两部分后分别经第一双向开关、第二双向开关接地；三相电源的B相经第二电感、第二变压器分为相互对称的两部分后分别经第三双向开关、第四双向开关接地；三相电源的C相经第三电感、第三变压器分为相互对称的两部分后分别经第五双向开关、第六双向开关接地；所述第一至第六双二极管串联电路的两个二极管的连接点分别与第一至第六双向开关的一端连接，所述第一至第六双二极管串联电路分别并联连接，且第一至第六双二极管串联电路的负极作为所述三相PFC整流模块的第一输出端，第一至第六双二极管串联电路的正极作为所述三相PFC整流模块的第二输出端。

所述三相电源的A相与三相PFC整流模块具体连接关系为：所述第一双二极管串联电路包括串联连接的第一、第七二极管，所述第二双二极管串联电路包括串联连接的第二、第八二极管，所述三相电源的A相经第一电感与第一变压器初级的同名端和次级的异名端连接，所述第一变压器初级的异名端分别连接至第一二极管的阳极、第七二极管的阴极、第一双向开关的一端，所述第一变压器次级的同名端分别连接至第二二极管的阳极、第八二极管的阴极、第二双向开关的一端，所述第一、第二双向开关的另一端接地。所述三相电源的B相与三相PFC整流模块具体连接关系为：所述第三双二极管串联电路包括串联连接的第三、第九二极管，所述第四双二极管串联电路包括串联连接的第四、第十二极管，所述三相电源的B相经第二电感与第二变压器初级的同名端和次级的异名端连接，所述第二变压器初级的异名端分别连接至第三二极管的阳极、第九二极管的阴极、第三双向开关的一端，所述第二变压器次级的同名端分别连接至第四二极管的阳极、第十二极管的阴极、第四双向开关的一端，所述第三、第四双向开关的另一端接地。所述三相电源的C相与三相PFC整流模块具体连接关系为：所述第五双二极管串联电路包括串联连接的第五、第十一二极管，所述第六双二极管串联电路包括串联连接的第六、第十二二极管，所述三相电源的C相经第三电感与第三变压器初级的同名端和次级的异名端连接，所述第三变压器初级的异名端分别连接至第五二极管的阳极、第十一二极管的阴极、第五双向开关的一端，所述第三变压器次级的同名端分别连接至第六二极管的阳极、第十二二极管的阴极、第六双向开关的一端，所述第五、第六双向开关的另一端接地。

如图3所示，所述第一至第六双向开关均由一开关管、四个二极管组成，所述开关管上还并联有一二极管，该二极管为寄生二极管或复合二极管，所述开关管为MOS管或IGBT管。

如图4所示，所述第一至第六双向开关均由两个开关管、两个二极管组成，所述两个开关管上均并联有二极管，该二极管为寄生二极管或复合二极管，所述两个开关管为MOS管或IGBT管。

如图5所示，所述第一至第六双向开关均由两个开关管反向串联构成，所述两个开关管上均并联有二极管，该二极管为寄生二极管或复合二极管，所述两个开关管为MOS管或IGBT管。

如图6所示，所述第一谐振模块包括第一至第四开关管、第十三至第十六二极管、第四电感、第四变压器、第一至第二电容，所述第一至第四开关管串联连接，所述第一开关管的漏极、第十五二极管的阴极与所述三相PFC整流模块的第一输出端连接，所述第一开关管与第二开关管的连接点与第十三二极管的阴极、第一电容的一端连接，所述第二开关管与第三开关管的连接点经第四电感与第四变压器初级的一端连接，所述第三开关管与第四开关管的连接点与第十四二极管的阳极、第一电容的另一端连接，所述第四开关管的源极、第十六二极管的阳极与所述三相PFC整流模块的第二输出端连接，所述第十三二极管的阳极、第十四二极管的阴极相连接，并经第二电容连接至第四变压器初级的另一端，所述第十五二极管的阳极、第十六二极管的阴极相连接至第四变压器初级的另一端，所述第四变压器次级的两端分别作为所述第一谐振模块的第一输出端、第二输出端；所述第二至第N谐振模块的电路结构与所述第一谐振模块的电路结构相同。

如图7所示，所述第一输出整流模块包括第十七至第二十极管、第三电容，所述第十七二极管的阳极、第十八二极管的阴极相连接作为所述第一输出整流模块的第一输入端，所述第十九二极管的阳极、第二十二极管的阴极相连接作为所述第一输出整流模块的第二输入端，所述第十七二极管的阴极、第十九二极管的阴极、第三电容的一端相连接作为所述第一输出整流模块的第一输出端，所述第十八二极管的阳极、第二十二极管的阳极、第三电容的另一端相连接作为所述第一输出整流模块的第二输出端；所述第二至第N输出整流模块的电路结构与所述第一输出整流模块的电路结构相同。

以下具体讲述本实用新型的具体实现原理。

本实用新型装置由三相PFC整流模块、PFC母线滤波电容、谐振模块、输出整流模块和输出二极管组成。其中谐振模块与输出整流模块组成DC模组，根据需要进行多模组串联。

三相PFC整流模块如图2所示，其中L1、L2、L3为输入电感，T1、T2、T3为高频自耦变压器，D1~D12为续流二极管，K1~K6为双向开关，C1、C2为母线滤波电容。T1的一个绕组与D1、D2、K1组成一个PFC模组，总计有6个PFC模组。PFC模组采用两个二极管加一个双向开关的结构，二极管和双向开关的电压应力仅为母线电压的一半。在自耦变压器的作用下，整流模块的工作频率为2倍的开关频率，电感感量可以比正常情况下缩小一倍；同时，电感的电压最大仅为PFC母线电压的一半。因此采用这种方式可以有效减小PFC电感的体积，也可以减小输入电流的纹波。每个PFC模组的电流纹波仅为该相输入电流纹波的一半，因此减小了开关管的电流应力。模块内每一相均由两个PFC模组并联组成，通过控制两个PFC模块的开关驱动相差180度，实现两个PFC模组的交替工作，减小PFC模块的输出电压和电流纹波，这样母线滤波电容可以取小。

谐振模块如图6所示，采用三电平半桥/全桥串联谐振电路，开关管电压应力仅为母线电压的一半。输出整流模块如图7所示，采用全桥/全波整流电路。一个谐振模块和一个输出整流模块组成一个DC模组，根据输出电压的范围可以选择不同数量的模组串联，可以实现宽电压范围的输出。串联的DC模组设计成不同的额定输出电压，根据输出电压的需求开启对应电压范围的模组或者其串联模块，当需要最大电压输出时则开启所有模组，这样可以保证每个模组均工作在最佳效率的条件，从而实现全电压范围内的高效率工作，减小损耗。

以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种整流充电装置，其特征在于：包括三相PFC整流模块、第一至第二PFC母线滤波电容、第一至第N谐振模块、第一至第N输出整流模块和输出二极管；所述三相PFC整流模块的A、B、C三相输入端分别与三相电源A、B、C三相连接，三相PFC整流模块的第一输出端、第二输出端分别经第一PFC母线滤波电容、第二PFC母线滤波电容与三相PFC整流模块的GND端连接，并连接至地，所述三相PFC整流模块的第一输出端还分别与第一至第N谐振模块的第一输入端连接，所述三相PFC整流模块的第二输出端还分别与第一至第N谐振模块的第二输入端连接，所述第一至第N谐振模块的第一输出端分别与第一至第N输出整流模块的第一输入端连接，所述第一至第N谐振模块的第二输出端分别与第一至第N输出整流模块的第二输入端连接，第一输出整流模块的第一输出端经输出二极管连接至负载正极，第i输出整流模块的第二输出端与第i+1输出整流模块的第一输出端连接，第N输出整流模块的第二输出端连接至负载负极，其中，N为大于等于2的自然数，1≤i≤N-1。

2.根据权利要求1所述的一种整流充电装置，其特征在于：所述三相PFC整流模块包括第一至第三电感、第一至第三变压器、第一至第六双向开关和第一至第六双二极管串联电路；三相电源的A相经第一电感、第一变压器分为相互对称的两部分后分别经第一双向开关、第二双向开关接地；三相电源的B相经第二电感、第二变压器分为相互对称的两部分后分别经第三双向开关、第四双向开关接地；三相电源的C相经第三电感、第三变压器分为相互对称的两部分后分别经第五双向开关、第六双向开关接地；所述第一至第六双二极管串联电路的两个二极管的连接点分别与第一至第六双向开关的一端连接，所述第一至第六双二极管串联电路分别并联连接，且第一至第六双二极管串联电路的负极作为所述三相PFC整流模块的第一输出端，第一至第六双二极管串联电路的正极作为所述三相PFC整流模块的第二输出端。

3.根据权利要求2所述的一种整流充电装置，其特征在于：所述三相电源的A相与三相PFC整流模块具体连接关系为：所述第一双二极管串联电路包括串联连接的第一、第七二极管，所述第二双二极管串联电路包括串联连接的第二、第八二极管，所述三相电源的A相经第一电感与第一变压器初级的同名端和次级的异名端连接，所述第一变压器初级的异名端分别连接至第一二极管的阳极、第七二极管的阴极、第一双向开关的一端，所述第一变压器次级的同名端分别连接至第二二极管的阳极、第八二极管的阴极、第二双向开关的一端，所述第一、第二双向开关的另一端接地。

4.根据权利要求3所述的一种整流充电装置，其特征在于：所述三相电源的B相与三相PFC整流模块具体连接关系为：所述第三双二极管串联电路包括串联连接的第三、第九二极管，所述第四双二极管串联电路包括串联连接的第四、第十二极管，所述三相电源的B相经第二电感与第二变压器初级的同名端和次级的异名端连接，所述第二变压器初级的异名端分别连接至第三二极管的阳极、第九二极管的阴极、第三双向开关的一端，所述第二变压器次级的同名端分别连接至第四二极管的阳极、第十二极管的阴极、第四双向开关的一端，所述第三、第四双向开关的另一端接地。

5.根据权利要求4所述的一种整流充电装置，其特征在于：所述三相电源的C相与三相PFC整流模块具体连接关系为：所述第五双二极管串联电路包括串联连接的第五、第十一二极管，所述第六双二极管串联电路包括串联连接的第六、第十二二极管，所述三相电源的C相经第三电感与第三变压器初级的同名端和次级的异名端连接，所述第三变压器初级的异名端分别连接至第五二极管的阳极、第十一二极管的阴极、第五双向开关的一端，所述第三变压器次级的同名端分别连接至第六二极管的阳极、第十二二极管的阴极、第六双向开关的一端，所述第五、第六双向开关的另一端接地。

6.根据权利要求2至5任意一项所述的一种整流充电装置，其特征在于：所述第一至第六双向开关均由一开关管、四个二极管组成，所述开关管上还并联有一二极管，该二极管为寄生二极管或复合二极管，所述开关管为MOS管或IGBT管。

7.根据权利要求2至5任意一项所述的一种整流充电装置，其特征在于：所述第一至第六双向开关均由两个开关管、两个二极管组成，所述两个开关管上均并联有二极管，该二极管为寄生二极管或复合二极管，所述两个开关管为MOS管或IGBT管。

8.根据权利要求2至5任意一项所述的一种整流充电装置，其特征在于：所述第一至第六双向开关均由两个开关管反向串联构成，所述两个开关管上均并联有二极管，该二极管为寄生二极管或复合二极管，所述两个开关管为MOS管或IGBT管。

9.根据权利要求1所述的一种整流充电装置，其特征在于：所述第一谐振模块包括第一至第四开关管、第十三至第十六二极管、第四电感、第四变压器、第一至第二电容，所述第一至第四开关管串联连接，所述第一开关管的漏极、第十五二极管的阴极与所述三相PFC整流模块的第一输出端连接，所述第一开关管与第二开关管的连接点与第十三二极管的阴极、第一电容的一端连接，所述第二开关管与第三开关管的连接点经第四电感与第四变压器初级的一端连接，所述第三开关管与第四开关管的连接点与第十四二极管的阳极、第一电容的另一端连接，所述第四开关管的源极、第十六二极管的阳极与所述三相PFC整流模块的第二输出端连接，所述第十三二极管的阳极、第十四二极管的阴极相连接，并经第二电容连接至第四变压器初级的另一端，所述第十五二极管的阳极、第十六二极管的阴极相连接至第四变压器初级的另一端，所述第四变压器次级的两端分别作为所述第一谐振模块的第一输出端、第二输出端；所述第二至第N谐振模块的电路结构与所述第一谐振模块的电路结构相同。

10.根据权利要求1所述的一种整流充电装置，其特征在于：所述第一输出整流模块包括第十七至第二十极管、第三电容，所述第十七二极管的阳极、第十八二极管的阴极相连接作为所述第一输出整流模块的第一输入端，所述第十九二极管的阳极、第二十二极管的阴极相连接作为所述第一输出整流模块的第二输入端，所述第十七二极管的阴极、第十九二极管的阴极、第三电容的一端相连接作为所述第一输出整流模块的第一输出端，所述第十八二极管的阳极、第二十二极管的阳极、第三电容的另一端相连接作为所述第一输出整流模块的第二输出端；所述第二至第N输出整流模块的电路结构与所述第一输出整流模块的电路结构相同。