CN105471289A - 单级pfc变换器和具有其的电动汽车的充电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单级PFC变换器和具有其的充电装置，所述变换器包括：第一整流桥，第一整流桥与输入电源相连；PFC全桥电路，PFC全桥电路与第一整流桥相连，PFC全桥电路包括第一至第四开关器件，第一至第四开关器件构成全桥桥臂且具有第一节点和第二节点；高频变压器，高频变压器的初级绕组的一端通过漏感与第一节点相连，另一端与第二节点相连；整流滤波电路，整流滤波电路与高频电压器的次级绕组相连；控制单元，控制单元通过对第一至第四开关器件进行控制以使单级PFC变换器实现功率因数校正与DC/DC隔离变换。该变换器能够实现功率因数校正功能和对高低压电路之间的电气隔离，而且体积小、工作效率高。

Description

单级PFC变换器和具有其的电动汽车的充电装置
技术领域
本发明涉及电源技术领域，特别涉及一种单级PFC(PowerFactorCorrection，功率因数校正)变换器以及具有其的电动汽车的充电装置。
背景技术
电动汽车的充电装置无论是车载充电机还是直流充电桩，其电路拓扑结构中都离不开PFC电路。PFC电路是交流电转换为直流电的重要环节，不仅可以保证电源在开关转换时不对电网质量产生影响，而且可以减小电流谐波畸变以及电源工作时产生的无功功率。
相关技术中，充电装置的电路拓扑结构为PFC电路和DC/DC变换器的串联结构，该结构的稳定性和精度均比较高，但是使用的元器件多、控制电路复杂，且两级串联产生的损耗多。
因此，需要对充电装置的电路拓扑结构进行改进。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种单级PFC变换器，能够实现功率因数校正功能和对高低压电路之间的电气隔离，而且体积小、工作效率高。
本发明的另一个目的在于提出一种电动汽车的充电装置。
为实现上述目的，本发明一方面实施例提出了一种单级PFC变换器，包括：第一整流桥，所述第一整流桥的第一输入端和第二输入端分别与输入电源相连；PFC全桥电路，所述PFC全桥电路的第一输入端与所述第一整流桥的第一输出端相连，所述PFC全桥电路的第二输入端与所述第一整流桥的第二输出端相连，所述PFC全桥电路包括第一至第四开关器件，所述第一至第四开关器件构成全桥桥臂且具有第一节点和第二节点；高频变压器，所述高频变压器的初级绕组的一端通过所述高频变压器的漏感与所述第一节点相连，所述高频变压器的初级绕组的另一端与所述第二节点相连；整流滤波电路，所述整流滤波电路的第一输入端与所述高频电压器的次级绕组的一端相连，所述整流滤波电路的第二输入端与所述高频电压器的次级绕组的另一端相连；控制单元，所述控制单元通过对所述第一至第四开关器件进行控制以使所述单级PFC变换器实现功率因数校正与DC/DC隔离变换。
本发明实施例的单极PFC变换器，通过控制PFC全桥电路中的第一至第四开关器件的开通时序，实现功率因数校正和DC/DC隔离变换。在该变换器中，由于使用的磁性元器件和电解电容比较少，因此可以有效减少变换器的体积，同时采用高频变压器可以实现高低压电路之间的电气隔离，而且高频变压器双端励磁，磁芯的利用率高，提高了变换器的工作效率。
根据本发明的一个实施例，第一开关器件的第一端通过PFC电感与所述第一整流桥的第一输出端相连，所述第一开关器件的第二端与第二开关器件的第一端相连，所述第一开关器件的第二端与第二开关器件的第一端之间的节点为所述第一节点，所述第二开关器件的第二端与所述第一整流桥的第二输出端相连，第三开关器件的第一端与所述第一开关器件的第一端相连，所述第三开关器件的第二端与第四开关器件的第一端相连，所述第三开关器件的第二端与第四开关器件的第一端之间的节点为所述第二节点，所述第四开关器件的第二端与所述第二开关器件的第二端相连相连，所述第一至第四开关器件的控制端分别与所述控制单元相连。
根据本发明的一个实施例，所述第一开关器件和第二开关器件构成第一桥臂，所述第三开关器件和第四开关器件构成第二桥臂。
根据本发明的一个实施例，所述PFC全桥电路的工作状态包括上下桥臂直通工作状态和对桥臂导通工作状态，其中，所述控制单元通过控制所述第一开关器件和第二开关器件同时开通或控制所述第三开关器件和第四开关器件同时开通以使所述PFC全桥电路以所述上下桥臂直通工作状态进行工作，所述控制单元通过控制所述第一开关器件和第四开关器件同时开通或控制所述第二开关器件和第三开关器件同时开通以使所述PFC全桥电路以所述对桥臂导通工作状态进行工作。
根据本发明的一个实施例，上述的单级PFC变换器，还包括箝位电路，所述箝位电路与所述第一桥臂并联，所述箝位电路用于对所述第一桥臂两端的电压尖峰进行抑制。
根据本发明的一个实施例，所述箝位电路包括箝位开关管和箝位电容，所述箝位开关管和箝位电容串联后与所述第一桥臂并联，所述箝位开关管和箝位电容之间具有第三节点。
根据本发明的一个实施例，所述控制单元在所述第一开关器件和所述第三开关器件的工作时序中添加死区时间，并通过调整所述死区时间以消除所述高频变压器的偏磁。
根据本发明的一个实施例，上述的单级PFC变换器，还包括预充电电路，所述预充电电路连接在所述第三节点与所述PFC全桥电路的第一输入端之间，所述预充电电路用于抑制PFC电感在所述单级PFC变换器启动过程中产生的过流。
根据本发明的一个实施例，所述预充电电路包括预充二极管和预充电阻，所述预充二极管的阳极与所述PFC全桥电路的第一输入端相连，所述预充二极管的阴极与所述预充电阻的一端相连，所述预充电阻的另一端与所述第三节点相连。
为实现上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种电动汽车的充电装置，其包括上述的单级PFC变换器。
本发明实施例的电动汽车的充电装置，通过上述的单极PFC变换器，不仅能够实现功率因数校正功能和对高低压电路之间的电气隔离，而且体积小、工作效率高。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的单极PFC变换器的电路拓扑结构。
图2是根据本发明一个实施例的单极PFC变换器的工作波形图。
图3是根据本发明一个实施例的具有钳位电路的单极PFC变换器的电路拓扑结构。
图4是根据本发明一个实施例的具有钳位电路的单极PFC变换器的工作波形图。
图5是根据本发明一个实施例的增加死区时间后的单极PFC变换器的工作波形图。
图6是根据本发明一个实施例的具有预充电路的单极PFC变换器的电路拓扑结构。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图描述本发明实施例的单级PFC变换器和具有其的电动汽车的充电装置。
图1是根据本发明一个实施例的单极PFC变换器的电路拓扑结构。如图1所示，该单极PFC变换器包括：第一整流桥10、PFC全桥电路20、高频变压器TF、整流滤波电路30和控制单元(图中未具体示出)。
其中，第一整流桥10的第一输入端和第二输入端分别与输入电源uin相连。PFC全桥电路20的第一输入端与第一整流桥10的第一输出端相连，PFC全桥电路20的第二输入端与第一整流桥10的第二输出端相连，PFC全桥电路20包括第一至第四开关器件，第一至第四开关器件构成全桥桥臂且具有第一节点J1和第二节点J2。高频变压器TF的初级绕组的一端通过高频变压器的漏感Lk与第一节点J1相连，高频变压器TF的初级绕组的另一端与第二节点J2相连。整流滤波电路30的第一输入端与高频电压器TF的次级绕组的一端相连，整流滤波电路30的第二输入端与高频电压器TF的次级绕组的另一端相连。控制单元通过对第一至第四开关器件进行控制以使单级PFC变换器实现功率因数校正与DC/DC隔离变换。
如图1所示，第一开关器件Q1的第一端通过PFC电感Lin与第一整流桥10的第一输出端相连，第一开关器件Q1的第二端与第二开关器件Q2的第一端相连，第一开关器件Q1的第二端与第二开关器件Q2的第一端之间的节点为第一节点J1，第二开关器件Q2的第二端与第一整流桥10的第二输出端相连，第三开关器件Q3的第一端与第一开关器件Q1的第一端相连，第三开关器件Q3的第二端与第四开关器件Q4的第一端相连，第三开关器件Q3的第二端与第四开关器件Q4的第一端之间的节点为第二节点J2，第四开关器件Q4的第二端与第二开关器件Q2的第二端相连相连，第一至第四开关器件的控制端分别与控制单元相连。其中，第一开关器件Q1和第二开关器件Q2构成第一桥臂，第三开关器件Q3和第四开关器件Q4构成第二桥臂。
如图1所示，PFC全桥电路20的工作状态包括上下桥臂直通工作状态和对桥臂导通工作状态，其中，控制单元通过控制第一开关器件Q1和第二开关器件Q2同时开通或控制第三开关器件Q3和第四开关器件Q4同时开通以使PFC全桥电路20以上下桥臂直通工作状态进行工作，控制单元通过控制第一开关器件Q1和第四开关器件Q4同时开通或控制第二开关器件Q2和第三开关器件Q3同时开通以使PFC全桥电路20以对桥臂导通工作状态进行工作。
具体地，如图1所示，在单级PFC变换器工作过程中，当PFC全桥电路20处于上下桥臂直通工作状态时，流过PFC电感Lin的电流升高，即输入电流iL升高；当PFC全桥电路20处于对桥臂导通工作状态时，流过PFC电感Lin的电流降低，即输入电流iL降低。因此，可以通过控制系统占空比D(如恒频模式下，系统占空比D为PFC电感Lin的充放电周期内上下桥臂直通时所占的比例)来调节输入电流iL的大小，从而使得输入电流iL为正弦波，且与输入电源uin的电压同相位，从而消除高次电流谐波，实现功率因数校正功能。
另外，在单级PFC变换器工作过程中，当PFC全桥电路20处于上下桥臂直通工作状态时，高频变压器TF的初级绕组的两端电压为0，此时由输出滤波电容Co为负载提供能量；当PFC全桥电路20处于对桥臂导通工作状态时，此时高频变压器TF将PFC电感Lin中存储的电能以及输入电源uin提供的电能传递至高频变压器TF的次级绕组，然后经整流滤波电路30后，为负载提供能量。通过调节系统占空比D以使单极PFC变换器的输出电压为额定电压，满足负载供电需求。
图2是根据本发明一个实施例的单极PFC变换器的工作波形图，其中，T为PFC电感Lin的充放电周期，iL为输入电流，ip为高频变压器TF的初级绕组电流，um为直流母线电压。从图2可以看出，在一个工作周期内，即高频变压器TF的初级绕组电流变化的一个周期内，PFC电感Lin完成两次充放电，高频变压器TF进行两次励磁，并且两次励磁方向相反，磁芯双端励磁，从而提高了高频变压器的磁芯利用率。
本发明实施例的单极PFC变换器，通过控制PFC全桥电路中的第一至第四开关器件的开通时序，实现功率因数校正和DC/DC隔离变换。在该变换器中，由于使用的磁性元器件和电解电容比较少，因此可以有效减少变换器的体积，同时采用高频变压器可以实现高低压电路之间的电气隔离，而且高频变压器双端励磁，磁芯的利用率高，提高了变换器的工作效率。
如图1所示，在单级PFC变换器工作过程中，当PFC全桥电路20由上下桥臂直通工作状态切换至对桥臂导通工作状态时(如图2中的t2-t3以及t6-t7时间段)，输入电流iL全部流入高频变压器TF中，此时高频变压器TF的初级绕组电流发出突变。由于高频变压器TF存在漏感，漏感电流也将发出突变，因此，高频变压器TF的初级绕组两端会产生较大的电压尖峰，从而导致直流母线电压um存在较大的电压尖峰。
为了防止直流母线电压um存在较大的电压尖峰，在本发明的一个实施例中，如图3所示，上述的单级PFC变换器还包括箝位电路40，箝位电路40与第一桥臂并联，箝位电路40用于对第一桥臂两端的电压尖峰进行抑制。
如图3所示，箝位电路40包括箝位开关管Qc和箝位电容Cc，箝位开关管Qc和箝位电容Cc串联后与第一桥臂并联，箝位开关管Qc和箝位电容Cc之间具有第三节点J3。
具体地，如图3所示，当PFC全桥电路20由上下桥臂直通工作状态切换至对桥臂导通工作状态时，即电路换流过程中，箝位电容Cc能够吸收高频变压器TF的漏感产生的电压尖峰，以将直流母线电压um箝位在相对较低的电压范围内，从而降低PFC全桥电路20中开关器件的电压应力。而且，箝位开关管Qc的反并联二极管Dc为箝位电容Cc提供充电回路，箝位开关管Qc为箝位电容Cc提供放电回路，并通过PFC全桥电路20和高频变压器TF将能量释放到负载侧。
具体而言，如图4所示，在t0时刻，PFC电感Lin为PFC全桥电路20中开关器件的结电容充电，直流母线电压um从0开始逐渐上升，由于PFC全桥电路20中开关器件的结电容比较小，因此，直流母线电压um上升速度比较快。当直流母线电压um高于箝位电容Cc的电压时，箝位开关管Qc的反并联二极管Dc导通，箝位电路40开始工作，箝位电容Cc开始充电(如图4中的t2-t4以及t9-t11时间段)。此时相当于箝位电容Cc和PFC全桥电路20中开关器件的结电容并联，并联等效电容与高频变压器TF的漏感发生谐振，由于箝位电容Cc的容量相对比较大，谐振过程中高频变压器TF的漏感产生的谐振电压很低，因此，直流母线电压um的电压尖峰被限制在较小的范围内，从而实现了对直流母线电压尖峰的抑制，降低了PFC全桥电路中开关器件的电压应力。
本发明实施例的单极PFC变换器，通过箝位电路能够对直流母线电压尖峰进行抑制，从而降低PFC全桥电路中开关器件的电压应力。
在图3所示的单级PFC变换器中，高频变压器TF双端励磁。理想情况下，高频变压器TF两端施加正负对称的脉冲，高频变压器TF两端的伏秒积平衡，使得高频变压器TF的磁化曲线工作的中心点在原点位置且在饱和磁化曲线以内，从而使高频变压器TF正常工作。
但在实际工作过程中，正负脉冲的伏秒积很难完全相等，许多因素导致高频变压器TF的初级绕组上施加的电压波形正负脉冲的宽度不相等或者正负脉冲的幅值不相等，即高频变压器TF两端的伏秒积不平衡，进而导致高频变压器TF的磁芯磁化曲线中心点发生偏移，引起偏磁。当偏磁积累到一定程度时，将使磁化曲线超出饱和磁化曲线，从而使高频变压器TF发生磁饱和，进而导致高频变压器TF的初级绕组的单向磁化电流迅速增大，高频变压器TF的初级绕组电流随之增加，造成开关器件损坏，影响电路正常工作。
为了有效防止高频变压器TF出现偏磁，在本发明的一个实施例中，控制单元在第一开关器件Q1和第三开关器件Q3的工作时序中添加死区时间，并通过调整死区时间以消除高频变压器TF的偏磁。
具体地，如图3所示，由于箝位电路40的存在，允许PFC全桥电路20同时仅有一个开关器件导通。其中，当仅有一个开关器件导通时，该段时间称为死去时间，此时输入电流iL通过箝位开关管Qc的反并联二极管Dc流入箝位电容Cc中，输入电流iL不发生突变。因此，可以在PFC全桥电路20从对桥臂导通工作状态切换至上下桥臂直通工作状态前加入死区时间，即允许一个开关器件导通，通过调整死区时间来改变施加在高频变压器TF两端的伏秒积，从而消除偏磁。
具体而言，如图5所示，为抑制高频变压器TF偏磁，在正向励磁和负向励磁结束前，分别添加适当的死区时间A和B。在死区时间A内，PFC全桥电路20中仅有第四开关器件Q4开通，直至PFC电感Lin的一个充放电周期结束；在死区时间B内，PFC全桥电路20中仅有第二开关器件Q2开通，直至PFC电感Lin的一个充放电周期结束。
在死区时间A和B内，高频变压器TF两端的电压为开关器件的通态压降以及反并联二极管的管压降之和，远小于单级全桥PFC变换器的输出电压，因此可近似为0。在一个工作周期内，通过调节死区时间A和B的大小能够分别改变高频变压器TF的正、负向励磁时间，如下述公式(1)所示，从而可以调节高频变压器TF的正负向励磁的伏秒积，进而使得高频变压器TF两端的伏秒积平衡。
{ t p ( 2 k - 1 ) = T - D P ( 2 K - 1 ) T - t A t q ( 2 k ) = T - D q ( 2 k ) T - t B ( 2 k ) - - - ( 1 )
其中，k为第k个周期，k＝1、2、3…，tp(2k-1)为奇数周期的励磁时间，DP(2K-1)为奇数周期的占空比，tA为A的死区时间，tq(2k)为偶数周期的励磁时间，Dq(2k)为偶数周期的占空比，tB(2k)为B的死区时间。
本发明实施例的单极PFC变换器，能够通过箝位电路和增加的死区时间来有效解决高频变压器偏磁问题，提高了可靠性。
此外，如图3所示，在单级全桥PFC变换器的起动过程中，输出滤波电容Co的电压比较低。当PFC全桥电路20处于上下桥臂直通工作状态时，输入电流iL将线性升高；当PFC全桥电路20处于对桥臂导通工作状态时，由于此时单级全桥PFC变换器的输出电压比较低，折算至高频变压器TF初级绕组侧的电压值nUo(其中，n为高频变压器TF的初级绕组与次级绕组的比值，Uo为单级全桥PFC变换器的输出电压)小于输入电源电压，该阶段的输入电流iL会继续升高。因此，在单级全桥PFC变换器的起动过程中，无论PFC全桥电路20处于上下桥臂直通工作状态，还是处于对桥臂导通工作状态，输入电流iL都会增加，因而，通过控制系统占空比D无法控制输入电流iL的大小。
当输入电流iL不断增加时，PFC电感Lin存储的能量不断增加，经过几个开关周期后，形成很大的冲击电流，由于PFC电感Lin存储的能量无法释放而很快达到饱和，因此，若不采取相应措施，将导致开关器件发生损坏。为此，在本发明的一个实施例中，如图6所示，上述的单级PFC变换器还包括预充电电路50，预充电电路50连接在第三节点J3与PFC全桥电路20的第一输入端之间，预充电电路50用于抑制PFC电感Lin在单级PFC变换器启动过程中产生的过流。
如图6所示，预充电电路50包括预充二极管Din和预充电阻Rin，预充二极管Din的阳极与PFC全桥电路20的第一输入端相连，预充二极管的阴极与预充电阻Rin的一端相连，预充电阻Rin的另一端与第三节点J3相连。
具体地，如图6所示，由于箝位电容Cc的存在，因此在PFC全桥电路20中允许仅上桥臂开关器件导通或者仅下桥臂开关器件导通，即允许第一开关器件Q1和第三开关器件Q3同时开通，或者允许第二开关器件Q2和第四开关器件Q4同时开通。此时，输入电流iL通过箝位开关管Qc的反并联二极管Dc流入箝位电容Cc中，只要箝位电容Cc电压高于输入电源电压，即可为PFC电感Lin提供反向电压，从而使得输入电流iL降低。
本发明实施例的单极PFC变换器，能够通过箝位电路和预充电路来有效解决启动过程中输入电流过大的问题，提高了可靠性。
为实现上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种电动汽车的充电装置，其包括上述的单级PFC变换器。
本发明实施例的电动汽车的充电装置，通过上述的单极PFC变换器，不仅能够实现功率因数校正功能和对高低压电路之间的电气隔离，而且体积小、工作效率高。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种单级PFC变换器，其特征在于，包括：
第一整流桥，所述第一整流桥的第一输入端和第二输入端分别与输入电源相连；
PFC全桥电路，所述PFC全桥电路的第一输入端与所述第一整流桥的第一输出端相连，所述PFC全桥电路的第二输入端与所述第一整流桥的第二输出端相连，所述PFC全桥电路包括第一至第四开关器件，所述第一至第四开关器件构成全桥桥臂且具有第一节点和第二节点；
高频变压器，所述高频变压器的初级绕组的一端通过所述高频变压器的漏感与所述第一节点相连，所述高频变压器的初级绕组的另一端与所述第二节点相连；
整流滤波电路，所述整流滤波电路的第一输入端与所述高频电压器的次级绕组的一端相连，所述整流滤波电路的第二输入端与所述高频电压器的次级绕组的另一端相连；
控制单元，所述控制单元通过对所述第一至第四开关器件进行控制以使所述单级PFC变换器实现功率因数校正与DC/DC隔离变换。
2.根据权利要求1所述的单级PFC变换器，其特征在于，第一开关器件的第一端通过PFC电感与所述第一整流桥的第一输出端相连，所述第一开关器件的第二端与第二开关器件的第一端相连，所述第一开关器件的第二端与第二开关器件的第一端之间的节点为所述第一节点，所述第二开关器件的第二端与所述第一整流桥的第二输出端相连，第三开关器件的第一端与所述第一开关器件的第一端相连，所述第三开关器件的第二端与第四开关器件的第一端相连，所述第三开关器件的第二端与第四开关器件的第一端之间的节点为所述第二节点，所述第四开关器件的第二端与所述第二开关器件的第二端相连相连，所述第一至第四开关器件的控制端分别与所述控制单元相连。
3.根据权利要求1或2所述的单级PFC变换器，其特征在于，其中，所述第一开关器件和第二开关器件构成第一桥臂，所述第三开关器件和第四开关器件构成第二桥臂。
4.根据权利要求3所述的单级PFC变换器，其特征在于，所述PFC全桥电路的工作状态包括上下桥臂直通工作状态和对桥臂导通工作状态，其中，所述控制单元通过控制所述第一开关器件和第二开关器件同时开通或控制所述第三开关器件和第四开关器件同时开通以使所述PFC全桥电路以所述上下桥臂直通工作状态进行工作，所述控制单元通过控制所述第一开关器件和第四开关器件同时开通或控制所述第二开关器件和第三开关器件同时开通以使所述PFC全桥电路以所述对桥臂导通工作状态进行工作。
5.根据权利要求3所述的单级PFC变换器，其特征在于，还包括箝位电路，所述箝位电路与所述第一桥臂并联，所述箝位电路用于对所述第一桥臂两端的电压尖峰进行抑制。
6.根据权利要求5所述的单级PFC变换器，其特征在于，所述箝位电路包括箝位开关管和箝位电容，所述箝位开关管和箝位电容串联后与所述第一桥臂并联，所述箝位开关管和箝位电容之间具有第三节点。
7.根据权利要求5所述的单级PFC变换器，其特征在于，所述控制单元在所述第一开关器件和所述第三开关器件的工作时序中添加死区时间，并通过调整所述死区时间以消除所述高频变压器的偏磁。
8.根据权利要求6所述的单级PFC变换器，其特征在于，还包括预充电电路，所述预充电电路连接在所述第三节点与所述PFC全桥电路的第一输入端之间，所述预充电电路用于抑制PFC电感在所述单级PFC变换器启动过程中产生的过流。
9.根据权利要求8所述的单级PFC变换器，其特征在于，所述预充电电路包括预充二极管和预充电阻，所述预充二极管的阳极与所述PFC全桥电路的第一输入端相连，所述预充二极管的阴极与所述预充电阻的一端相连，所述预充电阻的另一端与所述第三节点相连。
10.一种电动汽车的充电装置，其特征在于，包括根据权利要求1-9中任一项所述的单级PFC变换器。
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Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106896291A (zh) * 2016-12-25 2017-06-27 惠州三华工业有限公司 一种利用单级pfc+dc‑dc同步降压测漏感的装置
CN106980037A (zh) * 2017-04-11 2017-07-25 北京新能源汽车股份有限公司 双向车载充电机交变电流检测电路和电动汽车
CN108809122A (zh) * 2018-06-04 2018-11-13 广东美的制冷设备有限公司 整流控制方法、空调器及计算机可读存储介质
CN108809121A (zh) * 2018-06-04 2018-11-13 广东美的制冷设备有限公司 整流控制方法、空调器及计算机可读存储介质
CN109510485A (zh) * 2018-11-15 2019-03-22 科世达（上海）管理有限公司 一种电源电路及其钳位电容的预充电控制方法
CN110350775A (zh) * 2019-07-17 2019-10-18 珠海格力电器股份有限公司 一种谐波处理电路、压缩机控制电路和空调机组
CN110429821A (zh) * 2019-06-26 2019-11-08 东南大学 一种集成功率因素校正功能的无电解电容单级式单相隔离型ac/dc变换器
CN110518679A (zh) * 2019-08-30 2019-11-29 南方电网科学研究院有限责任公司 一种可控充电负载电路及其控制方法
CN110729882A (zh) * 2019-10-25 2020-01-24 中国科学院电工研究所 一种Boost全桥隔离变换器的有源启动电路及方法
CN111801241A (zh) * 2018-03-08 2020-10-20 纬湃科技有限责任公司 用于机动车辆的交流充电装置和用于运行机动车辆所用的交流充电装置的方法
CN112636580A (zh) * 2020-12-08 2021-04-09 佛山市顺德区美的电子科技有限公司 功率因数校正装置、方法和家电设备
CN113498576A (zh) * 2019-05-21 2021-10-12 华为技术有限公司 高效转换器及其控制方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201146458Y (zh) * 2007-09-07 2008-11-05 马丽娟 低噪声的无桥单极隔离变换器

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN201146458Y (zh) * 2007-09-07 2008-11-05 马丽娟 低噪声的无桥单极隔离变换器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
王大庆等: "单级Boost 桥式PFC 变换器的Buck 启动策略研究", 《中国电机工程学报》 *

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106896291B (zh) * 2016-12-25 2019-05-10 惠州三华工业有限公司 一种利用单级pfc+dc-dc同步降压测漏感的装置
CN106896291A (zh) * 2016-12-25 2017-06-27 惠州三华工业有限公司 一种利用单级pfc+dc‑dc同步降压测漏感的装置
CN106980037A (zh) * 2017-04-11 2017-07-25 北京新能源汽车股份有限公司 双向车载充电机交变电流检测电路和电动汽车
CN111801241B (zh) * 2018-03-08 2024-03-01 纬湃科技有限责任公司 用于机动车辆的交流充电装置及其运行方法
CN111801241A (zh) * 2018-03-08 2020-10-20 纬湃科技有限责任公司 用于机动车辆的交流充电装置和用于运行机动车辆所用的交流充电装置的方法
CN108809122A (zh) * 2018-06-04 2018-11-13 广东美的制冷设备有限公司 整流控制方法、空调器及计算机可读存储介质
CN108809121A (zh) * 2018-06-04 2018-11-13 广东美的制冷设备有限公司 整流控制方法、空调器及计算机可读存储介质
CN109510485A (zh) * 2018-11-15 2019-03-22 科世达（上海）管理有限公司 一种电源电路及其钳位电容的预充电控制方法
CN109510485B (zh) * 2018-11-15 2021-04-02 科世达（上海）管理有限公司 一种电源电路及其钳位电容的预充电控制方法
CN113498576A (zh) * 2019-05-21 2021-10-12 华为技术有限公司 高效转换器及其控制方法
CN110429821A (zh) * 2019-06-26 2019-11-08 东南大学 一种集成功率因素校正功能的无电解电容单级式单相隔离型ac/dc变换器
CN110350775A (zh) * 2019-07-17 2019-10-18 珠海格力电器股份有限公司 一种谐波处理电路、压缩机控制电路和空调机组
CN110518679A (zh) * 2019-08-30 2019-11-29 南方电网科学研究院有限责任公司 一种可控充电负载电路及其控制方法
CN110729882A (zh) * 2019-10-25 2020-01-24 中国科学院电工研究所 一种Boost全桥隔离变换器的有源启动电路及方法
CN112636580A (zh) * 2020-12-08 2021-04-09 佛山市顺德区美的电子科技有限公司 功率因数校正装置、方法和家电设备
CN112636580B (zh) * 2020-12-08 2022-04-26 佛山市顺德区美的电子科技有限公司 功率因数校正装置、方法和家电设备

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