CN106685208A - 一种无桥功率因数校正pfc电路、车载充电机及电动汽车 - Google Patents

一种无桥功率因数校正pfc电路、车载充电机及电动汽车 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种无桥功率因数校正PFC电路、车载充电机及电动汽车，该无桥PFC电路包括：第一桥臂、第二桥臂、4个MOSFET管、第一储能模块以及第二储能模块；第一桥臂和第二桥臂并联后连接于无桥PFC电路的两直流端之间，第一桥臂包括串联连接的第一MOSFET管和第二MOSFET管，第二桥臂包括串联连接的第三MOSFET管和第四MOSFET管；第一储能模块的一端接第一MOSFET管和第二MOSFET管的连接点，另一端接交流端的一个端口，第二储能模块的一端接第三MOSFET管和第四MOSFET管的连接点，第二储能模块的另一端接交流端的另外一个端口。这样，既能够实现整流PFC功能，同时能够实现逆变功能，操作控制简单，可靠性高，相比于现有技术具备更高的经济效益。

Description

一种无桥功率因数校正PFC电路、车载充电机及电动汽车
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，特别是指一种无桥功率因数校正PFC电路、车载充电机及电动汽车。
背景技术
现有的在电子电力设备中一般引入PFC(Power Factor Correction，功率因数校正)电路，一方面通过PFC电路能够在交流转换为直流时提高电源对市电的利用率，减小转换过程的电能损耗，以此能够节约能源；另一方面，通过PFC电路还能够来降低电网中的谐波污染。传统的PFC电路一般采用不控整流电路将交流电转换为直流，再采用BOOST升压电路升压，以此实现功率因数校正，该传统的PFC电路需要采用较多的半导体元器件(一般为6个)，且无法实现逆变功能；若要实现逆变功能，则需要额外并联一个全桥逆变电路，额外增加4只开关管，由此，导致PFC电路中的元器件增多，电路结构复杂。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种无桥功率因数校正PFC电路、车载充电机及电动汽车，以解决现有技术中PFC电路无法实现逆变功能或者实现逆变功能导致元器件增多，电路结构复杂的问题。
第一方面，本发明实施例提供一种无桥功率因数校正PFC电路，包括：
第一桥臂、第二桥臂、4个MOSFET管、第一储能模块以及第二储能模块；
第一桥臂和第二桥臂并联后连接于无桥PFC电路的两直流端之间，第一桥臂包括串联连接的第一MOSFET管和第二MOSFET管，第二桥臂包括串联连接的第三MOSFET管和第四MOSFET管；
第一储能模块的一端接第一MOSFET管和第二MOSFET管的连接点，另一端接交流端的一个端口，第二储能模块的一端接第三MOSFET管和第四MOSFET管的连接点，第二储能模块的另一端接交流端的另外一个端口。
其中，第一MOSFET管的源极与第二MOSFET管的漏极串联连接，第三MOSFET管的源极与第四MOSFET管的漏极串联连接。
其中，无桥PFC电路，还包括：滤波电容，滤波电容与第一桥臂和第二桥臂并联后连接于无桥PFC电路的两直流端之间。
其中，滤波电容为预先充满电荷的滤波电容。
其中，第一储能模块和第二储能模块均为电感。
其中，第一MOSFET管、第二MOSFET管、第三MOSFET管以及第四MOSFET管均为N沟道MOSFET管。
其中，第一MOSFET管和第二MOSFET管是高频互补导通，第三MOSFET管和第四MOSFET管是工频互补导通。
其中，第一MOSFET管和第二MOSFET管是工频互补导通，第三MOSFET管和第四MOSFET管是高频互补导通。
第二方面，本发明实施例提供一种车载充电机，包括上述的无桥功率因数校正PFC电路。
第三方面，本发明实施例提供一种电动汽车，包括上述的车载充电机。
本发明实施例中，无桥PFC电路，包括：第一桥臂、第二桥臂、4个MOSFET管、第一储能模块以及第二储能模块；第一桥臂和第二桥臂并联后连接于无桥PFC电路的两直流端之间，第一桥臂包括串联连接的第一MOSFET管和第二MOSFET管，第二桥臂包括串联连接的第三MOSFET管和第四MOSFET管；第一储能模块的一端接第一MOSFET管和第二MOSFET管的连接点，另一端接交流端的一个端口，第二储能模块的一端接第三MOSFET管和第四MOSFET管的连接点，第二储能模块的另一端接交流端的另外一个端口。这样，该无桥PFC电路所需的元器件数量少，电路结构简单，制造成本低，通过两个桥臂的4个MOSFET管，既能够实现整流PFC功能，同时能够实现逆变功能，操作控制简单，可靠性高，相比于现有技术具备更高的经济效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1表示本发明实施例提供的无桥PFC电路的结构示意图；
图2表示本发明实施例提供的无桥PFC电路整流工作时的能量流动示意图之一；
图3表示本发明实施例提供的无桥PFC电路整流工作时的能量流动示意图之二；
图4表示本发明实施例提供的无桥PFC电路整流工作时的能量流动示意图之三；
图5表示本发明实施例提供的无桥PFC电路整流工作时的能量流动示意图之四；
图6表示本发明实施例提供的无桥PFC电路逆变工作时的能量流动示意图之一；
图7表示本发明实施例提供的无桥PFC电路逆变工作时的能量流动示意图之二；
图8表示本发明实施例提供的无桥PFC电路逆变工作时的能量流动示意图之三；
图9表示本发明实施例提供的无桥PFC电路逆变工作时的能量流动示意图之四。
具体实施方式
为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
本发明实施例提供一种无桥功率因数校正PFC电路，该无桥PFC电路中所需的元器件数量少，电路结构简单，制造成本低，并且，该无桥PFC电路操作控制简单，可靠性高；能够同时实现整流PFC功能和逆变功能，相比于现有技术具备更高的经济效益。
图1示出的是本发明实施例提供的无桥PFC电路的结构示意图。
请参见图1，本发明实施例提供的无桥PFC电路包括：第一桥臂、第二桥臂、4个MOSFET管、第一储能模块L1以及第二储能模块L2。
其中，第一桥臂和第二桥臂并联后连接于无桥PFC电路的两直流端之间，第一桥臂包括串联连接的第一MOSFET管Q1和第二MOSFET管Q2，第二桥臂包括串联连接的第三MOSFET管Q3和第四MOSFET管Q4；
第一储能模块L1的一端接第一MOSFET管Q1和第二MOSFET管Q2的连接点，另一端接交流端的一个端口，第二储能模块L2的一端接第三MOSFET管Q3和第四MOSFET管Q4的连接点，第二储能模块L2的另一端接交流端的另外一个端口。
本发明实施例提供的无桥PFC电路的工作原理为：
通过该无桥PFC电路实现整流功能，此时，无桥PFC电路的交流端与交流电源连接，直流端连接直流负载，利用第一桥臂的两个MOSFET管的交替通断以及第二桥臂的两个MOSFET管交替通断，实现将交流端输入的交流电变换为直流电的升压整流，并输出为直流负载供电；
通过该无桥PFC电路实现逆变功能，此时，无桥PFC电路的直流端与直流电源连接，交流端连接交流负载，利用第一桥臂的两个MOSFET管的交替通断以及第二桥臂的两个MOSFET管交替通断，实现将直流端输入的直流电调制变换为正弦波的交流电的逆变，并输出为交流负载供电。
上述实施例中，无桥PFC电路结构简单，制造成本低，利用无桥PFC电路的两个桥臂的协调，4个MOSFET管的交替通断工作，通过简单操作控制，能够实现整流PFC功能，同时能够实现逆变功能，可靠性高，并且相比于现有技术具备更高的经济效益。
参见图1，在一实施例中，第一MOSFET管Q1的源极(即S极)与第二MOSFET管Q2的漏极(即D极)串联连接，第三MOSFET管Q3的源极与第四MOSFET管Q4的漏极串联连接。
另外，参见图1，在一实施例，该无桥PFC电路中，还可以包括：滤波电容C1，该滤波电容C1与第一桥臂和第二桥臂并联后连接于无桥PFC电路的两直流端之间，该实施例中，滤波电容C1能够起到滤波、储能的作用。
此外，为便于滤波电容C1能够更好地执行其功能，在一实施例中，该滤波电容C1为预先充满电荷的滤波电容。
其中，在一实施例中，第一储能模块L1和第二储能模块L2均为电感，通过电感器件能够更好地起到储能升压以及滤波的作用。
此外，为确保本发明实施例的无桥PFC电路正常工作，在无桥PFC电路中，第一桥臂的两个MOSFET管和第二桥臂的两个MOSFET管分别作为高频管和工频管。也就是说，在其中一种实现方式中，第一MOSFET管Q1和第二MOSFET管Q2是高频互补导通，第三MOSFET管Q3和第四MOSFET管Q4是工频互补导通；或者，在另一种实现方式中，第一MOSFET管Q1和第二MOSFET管Q2是工频互补导通，第三MOSFET管Q3和第四MOSFET管Q4是高频互补导通。这里，工频指的是市电频率，一般为50Hz；高频指的是根据市电频率通过操作经验设定的预设频率，例如50kHz。
为更好地说明本发明实施例提供的无桥PFC电路的整流工作过程以及逆变工作过程，下面结合附图，通过一具体示例进行详细描述。
该具体示例中，第一MOSFET管Q1、第二MOSFET管Q2、第三MOSFET管Q3以及第四MOSFET管Q4均为N沟道MOSFET管，4个MOSFET管采用数字控制且第一MOSFET管Q1和第二MOSFET管Q2是高频互补导通，第三MOSFET管Q3和第四MOSFET管Q4是工频互补导通；第一储能模块L1和第二储能模块L2均为电感；无桥PFC电路包括有滤波电容C1。
图2示出的是本发明实施例提供的无桥PFC电路整流工作时的能量流动示意图之一，图3示出的是本发明实施例提供的无桥PFC电路整流工作时的能量流动示意图之二，图4示出的是本发明实施例提供的无桥PFC电路整流工作时的能量流动示意图之三，图5示出的是本发明实施例提供的无桥PFC电路整流工作时的能量流动示意图之四。
在无桥PFC电路的整流工作时，无桥PFC电路的交流端通过第一交流端部与交流电源连接，具体的，第一交流端部的一个端口(AC-L，即与第一储能模块L1的另一端接的端口)与交流电源的火线连接，另一个端口(AC-N，即与第二储能模块L2的另一端接的端口)与交流电源的零线连接，直流端通过第一直流端部的两端口连接直流负载R1。
该无桥PFC电路的整流工作过程具体如下：
在工频正半周期时，第四MOSFET管Q4一直导通，第三MOSFET管Q3一直关断，第一MOSFET管Q1和第二MOSFET管Q2根据占空比交替导通关断。
参见图2，当第二MOSFET管Q2导通时，第一MOSFET管Q1关断，电流依次流经第一储能模块L1、第二MOSFET管Q2、第四MOSFET管Q4和第二储能模块L2，交流电源通过第二MOSFET管Q2和第四MOSFET管Q4给第一储能模块L1和第二储能模块L2充电以完成第一储能模块L1和第二储能模块L2的储能，同时，直流负载R1通过滤波电容C1进行供电，其中，该滤波电容C1已经预先充满电。
参见图3，当第一MOSFET管Q1导通时，第二MOSFET管Q2关断，电流依次从第一储能模块L1、第一MOSFET管Q1、直流负载R1、第四MOSFET管Q4和第二储能模块L2流经，第一储能模块L1和第二储能模块L2通过第一MOSFET管Q1和第四MOSFET管Q4输出能量为直流负载R1供电，同时滤波电容C1进行充电储能。
在工频负半周期时，第三MOSFET管Q3一直导通，第四MOSFET管Q4一直关断，第一MOSFET管Q1和第二MOSFET管Q2根据占空比交替导通关断。
参见图4，当第一MOSFET管Q1导通时，第二MOSFET管Q2关断，电流依次流经第二储能模块L2、第三MOSFET管Q3、第一MOSFET管Q1和第一储能模块L1，交流电源通过第一MOSFET管Q1和第三MOSFET管Q3给第一储能模块L1和第二储能模块L2充电以完成第一储能模块L1和第二储能模块L2的储能，同时，直流负载R1通过滤波电容C1进行供电。
参见图5，当第二MOSFET管Q2导通时，第一MOSFET管Q1关断，电流依次从第二储能模块L2、第三MOSFET管Q3、直流负载R1、第二MOSFET管Q2和第一储能模块L1流经，第一储能模块L1和第二储能模块L2通过第二MOSFET管Q2和第三MOSFET管Q3输出能量为直流负载R1供电，同时滤波电容C1进行充电储能。
图6示出的是本发明实施例提供的无桥PFC电路逆变工作时的能量流动示意图之一，图7示出的是本发明实施例提供的无桥PFC电路逆变工作时的能量流动示意图之二，图8示出的是本发明实施例提供的无桥PFC电路逆变工作时的能量流动示意图之三，图9示出的是本发明实施例提供的无桥PFC电路逆变工作时的能量流动示意图之四。
在无桥PFC电路的逆变工作时，无桥PFC电路的直流端通过第二直流端部与直流电源连接，交流端通过第二交流端部的两端口连接交流负载R2。
该无桥PFC电路的逆变工作过程具体如下：
参见图6，第二MOSFET管Q2和第三MOSFET管Q3导通时，第一MOSFET管Q1和第四MOSFET管Q4关断，此时，电流依次流经第三MOSFET管Q3、第二储能模块L2、交流负载R2、第一储能模块L1和第二MOSFET管Q2，直流电源通过第二MOSFET管Q2和第三MOSFET管Q3为第一储能模块L1和第二储能模块L2充电以完成第一储能模块L1和第二储能模块L2的储能，并为交流负载R2供电。
参见图7，第一MOSFET管Q1和第三MOSFET管Q3导通，第二MOSFET管Q2和第四MOSFET管Q4关断，此时，电流依次流经第一储能模块L1、第一MOSFET管Q1、第三MOSFET管Q3、第二储能模块L2和交流负载R2，第一储能模块L1和第二储能模块L2通过第一MOSFET管Q1和第三MOSFET管Q3输出能量为交流负载R2供电。
参见图8，第一MOSFET管Q1和第四MOSFET管Q4导通，第二MOSFET管Q2和第三MOSFET管Q3关断，此时，电流依次流经第一MOSFET管Q1、第一储能模块L1、交流负载R2、第二储能模块L2和第四MOSFET管Q4，直流电源通过第一MOSFET管Q1和第四MOSFET管Q4为第一储能模块L1和第二储能模块L2充电以完成第一储能模块L1和第二储能模块L2的储能，并为交流负载R2供电。
参见图9，第二MOSFET管Q2和第四MOSFET管Q4导通，第一MOSFET管Q1和第三MOSFET管Q3关断，此时，电流依次流经第二储能模块L2、第二MOSFET管Q2、第四MOSFET管Q4、第一储能模块L1和交流负载R2，第一储能模块L1和第二储能模块L2通过第二MOSFET管Q2和第四MOSFET管Q4输出能量为交流负载R2供电。
需要说明的是，由于该无桥PFC电路具备实现能量双向传输的情况，即该无桥PFC电路的交流端具备交流输入和交流输出的能力，对应的，直流端同样具备直流输出和直流输入的能力，因此，在上述具体示例中，通过第一交流端部和第二交流端部以示区分交流端在整流和逆变时分别作为输入端和输出端的情况；同样的，通过第一直流端部和第二直流端部以示区分直流端在整流和逆变时分别作为输入端和输出端的情况。
该无桥PFC电路可以应用于车载充电机，以使该车载充电机能够实现通过电网给动力电池充电，也能够实现通过动力电池为外接设备(例如家电、电动汽车等)供电。
为此，本发明实施例提供一种车载充电机，包括上述的无桥PFC电路。
此外，本发明实施例还提供一种电动汽车，包括上述的车载充电机。
由于上述任一种所述无桥PFC电路具有前述技术效果，因此，具有该无桥PFC电路的车载充电机以及具有该车载充电机的电动汽车也应具备相应的技术效果，其具体实施过程与上述实施例类似，兹不赘述。
本发明实施例中，无桥PFC电路，包括：第一桥臂、第二桥臂、4个MOSFET管、第一储能模块以及第二储能模块；第一桥臂和第二桥臂并联后连接于无桥PFC电路的两直流端之间，第一桥臂包括串联连接的第一MOSFET管和第二MOSFET管，第二桥臂包括串联连接的第三MOSFET管和第四MOSFET管；第一储能模块的一端接第一MOSFET管和第二MOSFET管的连接点，另一端接交流端的一个端口，第二储能模块的一端接第三MOSFET管和第四MOSFET管的连接点，第二储能模块的另一端接交流端的另外一个端口。这样，该无桥PFC电路所需的元器件数量少，电路结构简单，制造成本低，通过两个桥臂的4个MOSFET管，既能够实现整流PFC功能，同时能够实现逆变功能，操作控制简单，可靠性高，相比于现有技术具备更高的经济效益。
应理解，说明书的描述中，提到的参考术语“一实施例”、“一个实施例”或“一些实施例”意味着与实施例有关的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个实施例或示例中。因此，在整个说明书各处出现的“在一实施例中”、“在一个实施例中”或“在一些实施例中”未必一定指相同的实施例。此外，这些特定的特征、结构或特性可以任意适合的方式结合在一个或多个实施例中。
另外，在本文中的一个或多个实施例中，诸如“包括”或“包含”用于说明存在列举的特征或组件，但不排除存在一个或多个其它列举的特征或者一个或多个其它组件。
此外，在发明实施例中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种无桥功率因数校正PFC电路，其特征在于，包括：
第一桥臂、第二桥臂、4个MOSFET管、第一储能模块以及第二储能模块；
所述第一桥臂和所述第二桥臂并联后连接于无桥PFC电路的两直流端之间，所述第一桥臂包括串联连接的第一MOSFET管和第二MOSFET管，所述第二桥臂包括串联连接的第三MOSFET管和第四MOSFET管；
所述第一储能模块的一端接所述第一MOSFET管和第二MOSFET管的连接点，另一端接交流端的一个端口，所述第二储能模块的一端接所述第三MOSFET管和所述第四MOSFET管的连接点，所述第二储能模块的另一端接所述交流端的另外一个端口。
2.根据权利要求1所述的无桥功率因数校正PFC电路，其特征在于，所述第一MOSFET管的源极与所述第二MOSFET管的漏极串联连接，所述第三MOSFET管的源极与所述第四MOSFET管的漏极串联连接。
3.根据权利要求1所述的无桥功率因数校正PFC电路，其特征在于，还包括：滤波电容，所述滤波电容与所述第一桥臂和所述第二桥臂并联后连接于所述无桥PFC电路的两直流端之间。
4.根据权利要求3所述的无桥功率因数校正PFC电路，其特征在于，所述滤波电容为预先充满电荷的滤波电容。
5.根据权利要求1所述的无桥功率因数校正PFC电路，其特征在于，所述第一储能模块和所述第二储能模块均为电感。
6.根据权利要求1所述的无桥功率因数校正PFC电路，其特征在于，所述第一MOSFET管、所述第二MOSFET管、所述第三MOSFET管以及所述第四MOSFET管均为N沟道MOSFET管。
7.根据权利要求1所述的无桥功率因数校正PFC电路，其特征在于，所述第一MOSFET管和第二MOSFET管是高频互补导通，第三MOSFET管和第四MOSFET管是工频互补导通。
8.根据权利要求1所述的无桥功率因数校正PFC电路，其特征在于，所述第一MOSFET管和第二MOSFET管是工频互补导通，第三MOSFET管和第四MOSFET管是高频互补导通。
9.一种车载充电机，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的无桥功率因数校正PFC电路。
10.一种电动汽车，其特征在于，包括如权利要求9所述的车载充电机。
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