CN109510453A - 一种基于SiC功率器件的EV车载充电器 - Google Patents
一种基于SiC功率器件的EV车载充电器 Download PDFInfo
- Publication number
- CN109510453A CN109510453A CN201811509577.XA CN201811509577A CN109510453A CN 109510453 A CN109510453 A CN 109510453A CN 201811509577 A CN201811509577 A CN 201811509577A CN 109510453 A CN109510453 A CN 109510453A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- circuit
- bridge
- sic power
- module
- llc
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
- H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
- H02M1/4216—Arrangements for improving power factor of AC input operating from a three-phase input voltage
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/42—Circuits or arrangements for compensating for or adjusting power factor in converters or inverters
- H02M1/4208—Arrangements for improving power factor of AC input
- H02M1/4241—Arrangements for improving power factor of AC input using a resonant converter
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M3/00—Conversion of dc power input into dc power output
- H02M3/22—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac
- H02M3/24—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters
- H02M3/28—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac
- H02M3/325—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal
- H02M3/335—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only
- H02M3/33569—Conversion of dc power input into dc power output with intermediate conversion into ac by static converters using discharge tubes with control electrode or semiconductor devices with control electrode to produce the intermediate ac using devices of a triode or a transistor type requiring continuous application of a control signal using semiconductor devices only having several active switching elements
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
- H02M1/0012—Control circuits using digital or numerical techniques
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
- H02M1/00—Details of apparatus for conversion
- H02M1/0048—Circuits or arrangements for reducing losses
- H02M1/0054—Transistor switching losses
- H02M1/0058—Transistor switching losses by employing soft switching techniques, i.e. commutation of transistors when applied voltage is zero or when current flow is zero
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02B—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
- Y02B70/00—Technologies for an efficient end-user side electric power management and consumption
- Y02B70/10—Technologies improving the efficiency by using switched-mode power supplies [SMPS], i.e. efficient power electronics conversion e.g. power factor correction or reduction of losses in power supplies or efficient standby modes
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Dc-Dc Converters (AREA)
Abstract
本发明公开一种基于SiC功率器件的EV车载充电器,包括主电路和控制电路,主电路包括整流滤波模块和LLC谐振式DC‑DC电路;整流滤波模块采用图腾柱无桥功率因数校正电路结构,直接连接三相交流输入电源;LLC谐振式DC‑DC电路由拓扑结构相同的第一半桥LLC转换器和第二半桥LLC转换器组成,第一半桥LLC转换器和第二半桥LLC转换器并联连接后串接在整流滤波模块与输出侧之间;第一半桥LLC转换器和第二半桥LLC转换器分别包括半桥逆变模块、高频变压模块、无源整流滤波模块;整流滤波模块和LLC谐振式DC‑DC电路分别与控制电路连接,控制电路采用平均电流控制和PFM控制方式,以实现数字化控制电路输出。本发明具有电源输出精度高、功率密度高、可靠性高、占用空间小的优势。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域,特别是涉及一种基于SiC功率器件的EV车载充电器。
背景技术
随着电动汽车(Electric vehicle;EV)和插电式混合动力电动汽车(Plug-inhybrid electric vehicle;PHEV)技术的不断发展,社会对快速充电能力的需求也在增加。虽然一般来说,行业趋势是使用车外充电站来提供高功率直流充电,以节省车辆的成本和重量,但通过快速充电的技术革新大大提高了车辆的多功能性,即使在没有充电站的基础设施下也能完成充电工作。
车载充电机是安装在电动汽车上的电气装置,起到将电网的交流电转化为满足电池要求的直流电的作用,作为车载设备,需要满足小型化、轻量化、高可靠性等要求,作为能量转换设备,需要满足高功率因数、高效率、高功率密度等要求。目前,大部分车载充电机采用的拓扑结构的器件较多,在车载充电机运行过程中会产生较大的损耗,导致其效率较低和发热严重。车载充电机一般会采用外置风扇来进行散热,这使得其可靠性大大降低。此外,基于Si材料的功率管被广泛应用于车载充电机中,这限制了车载充电机工作频率的提升,从而使得车载充电机内部磁性元件体积较大,不利于车载充电机小型化、轻量化。得益于电力电子技术的快速发展,出现了无桥PFC、软开关DC/DC变换器等高效率的电路拓扑结构。同时,低损耗、高开关频率的功率电子器件如基于SiC、GaN等新材料的功率器件也得到了广泛的研究和应用。如果将它们应用于车载充电机,将会减小车载充电机的体积,降低功率损耗,提高整机效率,这样产生的热量将会降低,而不需要外加风扇来进行散热,从而提高了车载充电机的可靠性。因此,对采用高效率拓扑和高性能功率器件的车载充电机进行研究和设计,有助于提高车载充电机性能和推动其进一步发展。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术存在的问题,提供一种基于SiC功率器件的EV车载充电器,该车载充电器具有电源输出精度高、功率密度高、可靠性高、占用空间小的优势。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种基于SiC功率器件的EV车载充电器,包括主电路和控制电路,所述主电路包括整流滤波模块和LLC谐振式DC-DC电路;所述整流滤波模块采用图腾柱无桥功率因数校正电路结构,直接连接三相交流输入电源;所述LLC谐振式DC-DC电路由拓扑结构相同的第一半桥LLC转换器和第二半桥LLC转换器组成,所述第一半桥LLC转换器和所述第二半桥LLC转换器并联连接后串接在所述整流滤波模块与输出侧之间;所述第一半桥LLC转换器和所述第二半桥LLC转换器各自分别包括依次连接的半桥逆变模块、高频变压模块、无源整流滤波模块;所述整流滤波模块和所述LLC谐振式DC-DC电路分别与所述控制电路连接,所述控制电路采用平均电流控制和PFM控制方式,以实现数字化控制电路输出。
优选地,所述图腾柱无桥功率因数校正电路包括:3个升压电感La、Lb、Lc,6个SiC功率开关管G1~G6,两个Si/SiC功率开关管G7、G8,及滤波电容Cdc1;其中,SiC功率开关管G1与G2、G3与G4、G5与G6依次构成三组桥臂,Si/SiC功率开关管G7、G8组成桥臂,每组桥臂上下两个功率开关管反向串联构成推挽输出,形如图腾柱;三相交流电源通过3个升压电感La、Lb、Lc连接到由SiC功率开关管G1~G6构成的前三组桥臂的上下两个功率开关管之间,SiC功率开关管G1~G6工作在高频区;第四组桥臂中的Si/SiC功率开关管G7、G8工作在低频区,三相电源直接连接在上下两个Si/SiC功率开关管G7、G8之间;四组桥臂后接一个并联的滤波电容Cdc1。
具体地,两个功率开关管G7、G8由Si基MOSFET和SiC肖特基二极管组成,这里称之为Si/SiC功率开关管。
优选地,所述半桥逆变模块包括:4个SiC功率开关管G9~G12,谐振电感Lr1、谐振电感Lr2、谐振电容Cr1、谐振电容Cr2;其中,SiC功率开关管G9、G10串联形成桥臂后,并联前级整流滤波模块,在SiC功率开关管G9和G10之间依次串联连接谐振电感Lr1、谐振电容Cr1,这些元件构成LLC谐振回路,形成第一组半桥逆变结构;第二组半桥逆变结构采用所述第一组半桥逆变结构的镜像,包括:SiC功率开关管G11、SiC功率开关管G12、谐振电感Lr2、谐振电容Cr2,所述第二组半桥逆变结构中的SiC功率开关管G11、G12串联形成桥臂后同样与前级整流滤波模块并联,第二组半桥逆变结构的LLC谐振回路中的谐振电容Cr2与第一组半桥逆变结构的LLC谐振回路中的谐振电容Cr1连接。
优选地,第一组半桥逆变结构的LLC谐振回路和第二组半桥逆变结构的LLC谐振回路之间通过谐振电容Cr1、谐振电容Cr2相连接,其连接方式采用星型连接,即两组LLC谐振回路共享相同的电流。这样设置的好处是:谐振器部件之间的任何差异对转换器之间的功率分配的影响显著降低。
优选地,所述高频变压模块包括两个隔离型高频变压器Tr1、Tr2,所述高频变压模块前级连接所述半桥逆变模块,后级连接无源整流滤波模块。
优选地,所述无源整流滤波模块包括8个整流二极管D1~D8、滤波电容C1、滤波电容C2、滤波电感L1、滤波电感L2;其中,所述无源整流滤波模块包括拓扑结构相同的两组无源整流滤波电路,第一组无源整流滤波电路中,所述隔离型高频变压器Tr1的输出端口一连接在串联的整流二极管D1、D2之间,输出端口二连接在串联的整流二极管D3、D4之间,后接一个LC滤波电路;第二组无源整流滤波电路连接在整个电路的输出端。
优选地,所述控制电路采用平均电流控制方式控制前级整流滤波模块,所述控制电路采用PFM控制方式控制后级LLC谐振型DC-DC电路。
优选地,所述平均电流控制包括输入电压采样、输出电压采样、输入电流采样、逻辑运算模块、电压控制器、电流控制器;所述输出电压采样依次连接所述电压控制器和所述逻辑运算模块,所述输入电压采样连接所述逻辑运算模块,所述逻辑运算模块与所述输入电流采样共同连接到所述电流控制器,所述电流控制器将PWM信号传输到所述整流滤波电路。
优选地,所述PFM控制包括输出电压采样、电压控制器、逻辑运算模块、电流控制器;所述输出电压采样依次连接所述电压控制器、逻辑运算模块、电流控制器,生成PFM信号传输到所述第一半桥LLC转换器,并将PFM信号取反后传输到所述第二半桥LLC转换器。
与现有技术相比,本发明的有益效果是:
1)本发明采用前级图腾柱无桥PFC升压转换器大大减少了二极管的数量,增加了功率密度,提高了效率,降低了小共模噪声和小交流电流纹波,SiC体二极管的低反向恢复电荷和SiC的低导通电阻特性,使得AC/DC转换最大化地流向下游DC/DC转换器;
2)本发明的后级LLC谐振式DC-DC电路中两个并联运行的LLC谐振转换器将通过各自的功率降低一半,隔离变压器损耗更小,变压器次级二极管导通损耗更低,每个开关使用更少的并联设备提高安全性,以及更容易设计谐振回路;
3)本发明采用星形连接的隔离式变压器使得谐振回路共享相同的电流,因此谐振器部件之间的任何差异对转换器的功率分配的影响得到减轻;
4)本发明采用平均电流控制和PFM控制方式对SiC功率开关管进行驱动,实现了高频软开关,整机的体积和重量更小,动态损耗更低,功率密度和效率更高等优点。
附图说明
图1为本发明一种基于SiC功率器件的EV车载充电器的主电路拓扑结构示意图;
图2为本发明一种基于SiC功率器件的EV车载充电器的系统结构示意框图;
图3为图腾柱无桥PFC电路的电流流向示意图;
图4为半开关周期LLC电路的三种可能的运行模式示意图;
图中:1、三相交流电源;2、整流滤波模块;3、半桥逆变模块;4、高频变压模块;5、无源整流滤波模块;6、EV电池;7、星形连接;301,、302、半桥逆变模块;401、402、高频变压模块;501、502、无源整流滤波模块;201、输出电压采样;202、电压控制器;203、逻辑运算模块;204、输入电压采样;205、输入电流采样;206、电流控制器;1001、输出电压采样;1002、电压控制器;1003、逻辑运算模块;1004、电流控制器;100、LLC谐振式DC-DC电路;200、取反。
具体实施方式
下面将结合本发明中的附图,对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
如图1、图2所示,本发明提供一种基于SiC功率器件的EV车载充电器,包括主电路和控制电路,所述主电路包括整流滤波模块2和LLC谐振式DC-DC电路100;所述整流滤波模块2采用图腾柱(Totem Pole;TTPL)无桥功率因数校正(Power Factor Correction;PFC)电路结构,直接连接三相交流输入电源1;所述LLC谐振式DC-DC电路100由拓扑结构相同的第一半桥LLC转换器和第二半桥LLC转换器组成,所述第一半桥LLC转换器和所述第二半桥LLC转换器并联连接后串接在所述整流滤波模块2与输出侧之间;所述第一半桥LLC转换器包括依次连接的半桥逆变模块301、高频变压模块401、无源整流滤波模块501;所述第二半桥LLC转换器包括依次连接的半桥逆变模块302、高频变压模块402、无源整流滤波模块502;所述整流滤波模块2和所述LLC谐振式DC-DC电路100分别与所述控制电路连接,所述控制电路采用平均电流控制和PFM控制方式,以实现数字化控制电路输出。
具体地,所述整流滤波模块2采用图腾柱无桥PFC电路结构是指,图腾柱无桥PFC电路包括包括:3个升压电感La、Lb、Lc,6个SiC功率开关管G1~G6,两个Si/SiC功率开关管G7、G8,及滤波电容Cdc1;其中,SiC功率开关管G1与G2、G3与G4、G5与G6依次构成三组桥臂,Si/SiC功率开关管G7、G8组成桥臂,每组桥臂上下两个功率开关管反向串联构成推挽输出,形如图腾柱;三相交流电源1通过3个升压电感La、Lb、Lc连接到由SiC功率开关管G1~G6构成的前三组桥臂的上下两个功率开关管之间,SiC功率开关管G1~G6工作在高频区;第四组桥臂中的Si/SiC功率开关管G7、G8工作在低频区,三相交流电源1直接连接在上下两个Si/SiC功率开关管G7、G8之间;四组桥臂后接一个并联的滤波电容Cdc1。
具体地,两个功率开关管G7、G8由Si基MOSFET和SiC肖特基二极管组成,这里称之为Si/SiC功率开关管。
所述半桥逆变模块3包括:4个SiC功率开关管G9~G12,谐振电感Lr1、谐振电感Lr2、谐振电容Cr1、谐振电容Cr2;其中,SiC功率开关管G9、G10串联形成桥臂后,并联前级整流滤波模块,在SiC功率开关管G9和G10之间依次串联连接谐振电感Lr1、谐振电容Cr1,这些元件构成LLC谐振回路,形成第一组半桥逆变结构;第二组半桥逆变结构采用所述第一组半桥逆变结构的镜像,包括:SiC功率开关管G11、SiC功率开关管G12、谐振电感Lr2、谐振电容Cr2,所述第二组半桥逆变结构中的SiC功率开关管G11、G12串联形成桥臂后同样与前级整流滤波模块2并联,第二组半桥逆变结构的LLC谐振回路中的谐振电容Cr2与第一组半桥逆变结构的LLC谐振回路中的谐振电容Cr1连接。
第一组半桥逆变结构的LLC谐振回路和第二组半桥逆变结构的LLC谐振回路之间通过谐振电容Cr1、谐振电容Cr2相连接,其连接方式采用星型连接,即两组LLC谐振回路共享相同的电流。这样设置的好处是:谐振器部件之间的任何差异对转换器之间的功率分配的影响显著降低。
所述高频变压模块4包括两个隔离型高频变压器Tr1、Tr2,所述高频变压模块前级连接所述半桥逆变模块3,后级连接无源整流滤波模块5。所述无源整流滤波模块5包括8个整流二极管D1~D8、滤波电容C1、滤波电容C2、滤波电感L1、滤波电感L2;其中,所述无源整流滤波模块5包括拓扑结构相同的两组无源整流滤波电路,第一组无源整流滤波电路中,所述隔离型高频变压器Tr1的输出端口一连接在串联的整流二极管D1、D2之间,输出端口二连接在串联的整流二极管D3、D4之间,后接一个LC滤波电路;第二组无源整流滤波电路连接在整个电路的输出端,所述第一组无源整流滤波电路中,所述隔离型高频变压器Tr2的输出端口一连接在串联的整流二极管D5、D6之间,输出端口二连接在串联的整流二极管D7、D8之间,后接一个LC滤波电路。
所述控制电路采用平均电流控制方式控制前级整流滤波模块2,所述控制电路采用
PFM控制方式控制后级LLC谐振型DC-DC电路100。
所述平均电流控制包括输入电压采样204、输出电压采样201、输入电流采样205、逻辑运算模块203、电压控制器202、电流控制器206;所述输出电压采样201依次连接所述电压控制器202和所述逻辑运算模块203,所述输入电压采样204连接所述逻辑运算模块203,所述逻辑运算模块203与所述输入电流采样205共同连接到所述电流控制器206,所述电流控制器206将PWM信号传输到所述整流滤波模块2。
所述PFM控制包括输出电压采样1001、电压控制器1002、逻辑运算模块1003、电流控制器1004;所述输出电压采样1001依次连接所述电压控制器1002、逻辑运算模块1003、电流控制器1004,生成PFM信号传输到所述第一半桥LLC转换器,并将PFM信号取反200后传输到所述第二半桥LLC转换器。
本发明的工作原理包括:
1)三相交流电源1连接前级整流滤波模块2电路,经过整流滤波输出直流电进入后级LLC谐振型DC-DC电路100。整流滤波模块2采用图腾柱无桥PFC电路结构,功率开关G1-G6是高频SiC MOSFET,每两个半桥臂之间存在120°相位差。G7和G8构成一个低频同步整流桥。
2)图腾柱无桥PFC电路分别在交流电源输入的正负周期中工作,并根据高频SiCMOSFET的切换方式来确定电流流向。高频SiC MOSFET与电感一起构成同步模式升压转换器,以a相为例,4种工作方式如图3所示。在正半周期期间,G2是升压开关,其以占空比D驱动,G1由互补脉冲宽度调制(PWM)信号(1-D)驱动,图3(a)、(b)中的带箭头虚线显示了电流流动的方向。图3(a)中,G1、G7处于关断状态,G2、G8处于导通状态。图3(b)中,G2、G7处于关断状态,G1、G8处于导通状态。同样,在负半周期期间,G2用(1-D)关断,G1用D触发,图3(c)、(d)中的带箭头虚线显示了电流流动的方向。图3(c)中,G2、G8处于关断状态,G1、G7处于导通状态。图3(d)中,G1、G8处于关断状态,G2、G7处于导通状态。在负半周期期间,除上下桥臂工作状态相互交换以外,与正半周期类似。因此,传导路径包括一个升压电感、一个高频SiC器件和一个低频Si/SiC器件,显着降低传导损耗,使用三通道交错来减少传导损耗、输入电流纹波。
3)在半桥逆变模块3中一个最重要的方面就是零电压开关(Zero VoltageSwitching;ZVS)的实现,ZVS的本质在于确保当开通的驱动信号施加于待开通的SiCMOSFET时,负载电流流经该管的反并联二极管,此时SiC MOSFET的两端电压被箝位,同时该负载电流也起到对结电容的储能进行释放的作用。为了实现这一点,在MOSFET型逆变器驱动的谐振电路中,关键在于确保谐振槽的输入阻抗呈感性,这样逆变器的输出电压滞后于输出电流,从而创造出实现ZVS的条件。该LLC谐振电路可以在不连续电流模式(Discontinuous Current Mode;DCM)或连续电流模式(Continuous Current Mode;CCM)下工作,具体取决于负载条件和开关频率。无论工作模式如何,在半个开关周期期间有三种可能的运行状态,即状态1、状态2和状态3,这三种状态分别如图4中的(a)、(b)、(c)所示,半开关周期内LLC转换器的所有工作模式都由这三种状态构成。图4(a)的状态1中,G12、D5、D8处于关断状态,其他元件导通;图4(b)的状态2中,G12、D6、D7处于关断状态,其他元件导通;图4(c)的模式3中,高频变压器次级二极管全部关断,G11导通。利用这三种状态可以进一步研究系统的损耗问题。
4)LLC谐振型DC-DC电路100由两个LLC谐振变换器组成,将通过的功率减小一半,使得隔离变压器损耗更小,次级二极管导通损耗更低,每个开关使用更少的并联设备,提高安全性,以及更容易设计谐振回路。其谐振回路通过两个谐振电容Cr1、Cr2星形连接,即谐振回路共享相同的电流,因此谐振器部件之间的任何差异对转换器之间的功率分配的影响显著降低。此外,两个半桥在星形配置中作为单个全桥以180度异相操作,意味着单个PI环路可用于电流控制,并且由于串联连接的电感器使电感加倍,而串联电容器使电容减半,因此谐振点与每个LLC单独工作的谐振点完全相同。次级侧可以从并联的输出范围重新配置为串联连接的输出范围,输出电压将扩大一倍,这将允许此类充电器用于电动汽车。
5)控制电路采用平均电流控制和PFM控制方式分别应用于前级图腾柱式整流滤波电路和后级LLC谐振型DC-DC电路。平均电流控制利用电压控制器来控制输出电压等于输出电压指令值,以达到稳定直流母线电压的目的,其输出信号与电网电压相乘得到输入电流指令值,然后利用电流控制器来使电网电流跟踪输入电流指令值,以达到使电网电流波形是与电网电压波形同频同相位的正弦波的目的,然后其输出信号与三角载波比较产生PWM驱动信号,以驱动SiC开功率开关管;PFM控制方式通过变频确定占空比即PFM控制方式来驱动开关管,通过SiC功率开关管开关频率的变化使变换器输出范围可调的直流电压。电压控制器用于跟踪输出电压指令信号,其输出量与输出电流指令信号进行比较,取两者间的较小值作为电流控制器的指令值,电流控制器的输出量作为控制量,控制逆变电路开关管的驱动信号频率,进而控制输出电流和电压。当输出电流指令信号较小时,车载充电机进行恒流充电,反之进行恒压充电。
本发明公开了一种基于SiC功率器件的EV车载充电器,包括主电路和控制电路,主电路部分包括整流滤波模块2和LLC谐振式DC-DC电路100;所述整流滤波模块2采用图腾柱无桥功率因数校正电路结构,直接连接三相交流输入电源1;所述LLC谐振式DC-DC电路100由两个拓扑结构相同的半桥LLC转换器组成,第一半桥LLC转换器和第二半桥LLC转换器并联连接后串接在所述整流滤波模块2与输出侧之间;所述LLC谐振式DC-DC电路100包括半桥逆变模块3、高频变压模块4、无源整流滤波模块5;所述高频变压模块4包括两个星形连接的隔离型变压器;控制器分别与整流滤波模块2和LLC谐振式DC-DC电路100相连,控制该DC-DC电路在宽输出电压范围内实现ZVC,高速精准地控制电路输出。本发明的技术方案采用SiC功率器件,使得车载充电装置可以尽可能地减小尺寸,实现更高的集成度。本发明具有充电效率高,功率密度高,占用空间小等优势。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例,对于本领域的普通技术人员而言,可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型,本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种基于SiC功率器件的EV车载充电器,包括主电路和控制电路,其特征在于,所述主电路包括整流滤波模块和LLC谐振式DC-DC电路;所述整流滤波模块采用图腾柱无桥功率因数校正电路结构,直接连接三相交流输入电源;所述LLC谐振式DC-DC电路由拓扑结构相同的第一半桥LLC转换器和第二半桥LLC转换器组成,所述第一半桥LLC转换器和所述第二半桥LLC转换器并联连接后串接在所述整流滤波模块与输出侧之间;所述第一半桥LLC转换器和所述第二半桥LLC转换器各自分别包括依次连接的半桥逆变模块、高频变压模块、无源整流滤波模块;所述整流滤波模块和所述LLC谐振式DC-DC电路分别与所述控制电路连接,所述控制电路采用平均电流控制和PFM控制方式,以实现数字化控制电路输出。
2.根据权利要求1所述的一种基于SiC功率器件的EV车载充电器,其特征在于,所述图腾柱无桥功率因数校正电路包括:3个升压电感La、Lb、Lc,6个SiC功率开关管G1~G6,两个Si/SiC功率开关管G7、G8,及滤波电容Cdc1;其中,SiC功率开关管G1与G2、G3与G4、G5与G6依次构成三组桥臂,Si/SiC功率开关管G7、G8组成桥臂,每组桥臂上下两个功率开关管反向串联构成推挽输出,形如图腾柱;三相交流电源通过3个升压电感La、Lb、Lc连接到由SiC功率开关管G1~G6构成的前三组桥臂的上下两个功率开关管之间,SiC功率开关管G1~G6工作在高频区;第四组桥臂中的Si/SiC功率开关管G7、G8工作在低频区,三相电源直接连接在上下两个Si/SiC功率开关管G7、G8之间;四组桥臂后接一个并联的滤波电容Cdc1。
3.根据权利要求1所述的一种基于SiC功率器件的EV车载充电器,其特征在于,所述半桥逆变模块包括:4个SiC功率开关管G9~G12,谐振电感Lr1、谐振电感Lr2、谐振电容Cr1、谐振电容Cr2;其中,SiC功率开关管G9、G10串联形成桥臂后,并联前级整流滤波模块,在SiC功率开关管G9和G10之间依次串联连接谐振电感Lr1、谐振电容Cr1,这些元件构成LLC谐振回路,形成第一组半桥逆变结构;第二组半桥逆变结构采用所述第一组半桥逆变结构的镜像,包括:SiC功率开关管G11、SiC功率开关管G12、谐振电感Lr2、谐振电容Cr2,所述第二组半桥逆变结构中的SiC功率开关管G11、G12串联形成桥臂后同样与前级整流滤波模块并联,第二组半桥逆变结构的LLC谐振回路中的谐振电容Cr2与第一组半桥逆变结构的LLC谐振回路中的谐振电容Cr1连接。
4.根据权利要求3所述的一种基于SiC功率器件的EV车载充电器,其特征在于,第一组半桥逆变结构的LLC谐振回路和第二组半桥逆变结构的LLC谐振回路之间通过谐振电容Cr1、谐振电容Cr2相连接,其连接方式采用星型连接,即两组LLC谐振回路共享相同的电流。
5.根据权利要求1所述的一种基于SiC功率器件的EV车载充电器,其特征在于,所述高频变压模块包括两个隔离型高频变压器Tr1、Tr2,所述高频变压模块前级连接所述半桥逆变模块,后级连接无源整流滤波模块。
6.根据权利要求5所述的一种基于SiC功率器件的EV车载充电器,其特征在于,所述无源整流滤波模块包括8个整流二极管D1~D8、滤波电容C1、滤波电容C2、滤波电感L1、滤波电感L2;其中,所述无源整流滤波模块包括拓扑结构相同的两组无源整流滤波电路,第一组无源整流滤波电路中,所述隔离型高频变压器Tr1的输出端口一连接在串联的整流二极管D1、D2之间,输出端口二连接在串联的整流二极管D3、D4之间,后接一个LC滤波电路;第二组无源整流滤波电路连接在整个电路的输出端。
7.根据权利要求1所述的一种基于SiC功率器件的EV车载充电器,其特征在于,所述控制电路采用平均电流控制方式控制前级整流滤波模块,所述控制电路采用PFM控制方式控制后级LLC谐振型DC-DC电路。
8.根据权利要求7所述的一种基于SiC功率器件的EV车载充电器,其特征在于,所述平均电流控制包括输入电压采样、输出电压采样、输入电流采样、逻辑运算模块、电压控制器、电流控制器;所述输出电压采样依次连接所述电压控制器和所述逻辑运算模块,所述输入电压采样连接所述逻辑运算模块,所述逻辑运算模块与所述输入电流采样共同连接到所述电流控制器,所述电流控制器将PWM信号传输到所述整流滤波电路。
9.根据权利要求7所述的一种基于SiC功率器件的EV车载充电器,其特征在于,所述PFM控制包括输出电压采样、电压控制器、逻辑运算模块、电流控制器;所述输出电压采样依次连接所述电压控制器、逻辑运算模块、电流控制器,生成PFM信号传输到所述第一半桥LLC转换器,并将PFM信号取反后传输到所述第二半桥LLC转换器。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811509577.XA CN109510453A (zh) | 2018-12-11 | 2018-12-11 | 一种基于SiC功率器件的EV车载充电器 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201811509577.XA CN109510453A (zh) | 2018-12-11 | 2018-12-11 | 一种基于SiC功率器件的EV车载充电器 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN109510453A true CN109510453A (zh) | 2019-03-22 |
Family
ID=65752124
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201811509577.XA Pending CN109510453A (zh) | 2018-12-11 | 2018-12-11 | 一种基于SiC功率器件的EV车载充电器 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN109510453A (zh) |
Cited By (25)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110277904A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-24 | 苏州汇川联合动力系统有限公司 | 一种功率因数校正电路及车载充电机 |
CN110739857A (zh) * | 2019-10-30 | 2020-01-31 | 西北工业大学 | 一种多相交错并联llc变换器的均流控制方法 |
CN112260544A (zh) * | 2020-09-22 | 2021-01-22 | 易事特集团股份有限公司 | Llc谐振变换器控制方法及其控制系统 |
CN112583096A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583061A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583094A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583093A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583095A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583091A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583090A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112572186A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583089A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112653349A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-13 | 航天科技控股集团股份有限公司 | 一种2000w车载逆变器的主电路 |
CN112803774A (zh) * | 2019-11-14 | 2021-05-14 | 华为技术有限公司 | Dc-dc变换电路、dc-dc变换器及其控制方法、相关设备 |
CN113067479A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-02 | 国文电气股份有限公司 | 一种充电模块dc/dc拓扑电路 |
CN113193743A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-07-30 | 国网浙江省电力有限公司 | 一种宽恒功率范围充放电系统 |
CN113726188A (zh) * | 2020-05-25 | 2021-11-30 | 中国石油化工股份有限公司 | 多工作模式的高频高压交流电源 |
CN113809943A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-17 | 华南理工大学 | 基于无桥pfc的llc数字化焊接电源系统及控制方法 |
CN114157178A (zh) * | 2021-11-01 | 2022-03-08 | 西南交通大学 | 一种新型牵引变流器 |
CN114362270A (zh) * | 2020-10-13 | 2022-04-15 | 比亚迪股份有限公司 | 充电装置、控制充电装置充电的方法和车辆 |
CN114362269A (zh) * | 2020-10-13 | 2022-04-15 | 比亚迪股份有限公司 | 充电装置、控制充电装置充电的方法和车辆 |
CN116207811A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-06-02 | 苏州博沃创新能源科技有限公司 | 7kW双向电动汽车非车载直流充电模块 |
CN117254705A (zh) * | 2023-11-14 | 2023-12-19 | 深圳市凌康技术有限公司 | 基于SiC器件的三相六开关PWM整流器、主电路及控制方法 |
TWI829114B (zh) * | 2022-03-18 | 2024-01-11 | 台達電子工業股份有限公司 | 電動車的電力系統 |
CN114362269B (zh) * | 2020-10-13 | 2024-08-02 | 比亚迪股份有限公司 | 充电装置、控制充电装置充电的方法和车辆 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102035364A (zh) * | 2010-12-02 | 2011-04-27 | 成都芯源系统有限公司 | 无桥功率因数校正变换器及其控制方法 |
CN102148576A (zh) * | 2010-02-05 | 2011-08-10 | 三菱电机株式会社 | 直流电源装置 |
CN105379091A (zh) * | 2013-04-23 | 2016-03-02 | 法雷奥电机设备公司 | 用于控制多相谐振dc/dc转换器的方法和装置以及相应的多相转换器 |
CN107846151A (zh) * | 2017-11-15 | 2018-03-27 | 华中科技大学 | 一种高效率的车载充电变换器 |
CN207705877U (zh) * | 2018-01-25 | 2018-08-07 | 辽宁工业大学 | 一种高效率电动汽车车载充电机 |
-
2018
- 2018-12-11 CN CN201811509577.XA patent/CN109510453A/zh active Pending
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN102148576A (zh) * | 2010-02-05 | 2011-08-10 | 三菱电机株式会社 | 直流电源装置 |
CN102035364A (zh) * | 2010-12-02 | 2011-04-27 | 成都芯源系统有限公司 | 无桥功率因数校正变换器及其控制方法 |
CN105379091A (zh) * | 2013-04-23 | 2016-03-02 | 法雷奥电机设备公司 | 用于控制多相谐振dc/dc转换器的方法和装置以及相应的多相转换器 |
CN107846151A (zh) * | 2017-11-15 | 2018-03-27 | 华中科技大学 | 一种高效率的车载充电变换器 |
CN207705877U (zh) * | 2018-01-25 | 2018-08-07 | 辽宁工业大学 | 一种高效率电动汽车车载充电机 |
Cited By (37)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110277904A (zh) * | 2019-06-14 | 2019-09-24 | 苏州汇川联合动力系统有限公司 | 一种功率因数校正电路及车载充电机 |
CN110277904B (zh) * | 2019-06-14 | 2024-05-28 | 苏州汇川联合动力系统股份有限公司 | 一种功率因数校正电路及车载充电机 |
CN112583095B (zh) * | 2019-09-29 | 2023-03-14 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583061A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583096A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112572186B (zh) * | 2019-09-29 | 2023-07-14 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583094A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583093B (zh) * | 2019-09-29 | 2023-03-14 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583095A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583091A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583090A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112572186A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583089A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583089B (zh) * | 2019-09-29 | 2023-03-14 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583096B (zh) * | 2019-09-29 | 2023-03-14 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583090B (zh) * | 2019-09-29 | 2023-03-14 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN112583093A (zh) * | 2019-09-29 | 2021-03-30 | 比亚迪股份有限公司 | 车载充电系统及具有其的车辆 |
CN110739857B (zh) * | 2019-10-30 | 2021-01-05 | 西北工业大学 | 一种多相交错并联llc变换器的均流控制方法 |
CN110739857A (zh) * | 2019-10-30 | 2020-01-31 | 西北工业大学 | 一种多相交错并联llc变换器的均流控制方法 |
CN112803774B (zh) * | 2019-11-14 | 2023-01-13 | 华为数字能源技术有限公司 | Dc-dc变换电路、dc-dc变换器及其控制方法、相关设备 |
CN112803774A (zh) * | 2019-11-14 | 2021-05-14 | 华为技术有限公司 | Dc-dc变换电路、dc-dc变换器及其控制方法、相关设备 |
CN113726188A (zh) * | 2020-05-25 | 2021-11-30 | 中国石油化工股份有限公司 | 多工作模式的高频高压交流电源 |
CN112260544B (zh) * | 2020-09-22 | 2022-04-26 | 易事特集团股份有限公司 | Llc谐振变换器控制方法及其控制系统 |
CN112260544A (zh) * | 2020-09-22 | 2021-01-22 | 易事特集团股份有限公司 | Llc谐振变换器控制方法及其控制系统 |
CN114362269B (zh) * | 2020-10-13 | 2024-08-02 | 比亚迪股份有限公司 | 充电装置、控制充电装置充电的方法和车辆 |
CN114362270A (zh) * | 2020-10-13 | 2022-04-15 | 比亚迪股份有限公司 | 充电装置、控制充电装置充电的方法和车辆 |
CN114362269A (zh) * | 2020-10-13 | 2022-04-15 | 比亚迪股份有限公司 | 充电装置、控制充电装置充电的方法和车辆 |
CN113193743A (zh) * | 2020-12-08 | 2021-07-30 | 国网浙江省电力有限公司 | 一种宽恒功率范围充放电系统 |
CN112653349A (zh) * | 2020-12-22 | 2021-04-13 | 航天科技控股集团股份有限公司 | 一种2000w车载逆变器的主电路 |
CN113067479A (zh) * | 2021-03-25 | 2021-07-02 | 国文电气股份有限公司 | 一种充电模块dc/dc拓扑电路 |
CN113809943B (zh) * | 2021-09-30 | 2024-02-06 | 华南理工大学 | 基于无桥pfc的llc数字化焊接电源系统及控制方法 |
CN113809943A (zh) * | 2021-09-30 | 2021-12-17 | 华南理工大学 | 基于无桥pfc的llc数字化焊接电源系统及控制方法 |
CN114157178A (zh) * | 2021-11-01 | 2022-03-08 | 西南交通大学 | 一种新型牵引变流器 |
TWI829114B (zh) * | 2022-03-18 | 2024-01-11 | 台達電子工業股份有限公司 | 電動車的電力系統 |
CN116207811A (zh) * | 2022-12-15 | 2023-06-02 | 苏州博沃创新能源科技有限公司 | 7kW双向电动汽车非车载直流充电模块 |
CN116207811B (zh) * | 2022-12-15 | 2024-04-05 | 苏州博沃创新能源科技有限公司 | 7kW双向电动汽车非车载直流充电模块 |
CN117254705A (zh) * | 2023-11-14 | 2023-12-19 | 深圳市凌康技术有限公司 | 基于SiC器件的三相六开关PWM整流器、主电路及控制方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN109510453A (zh) | 一种基于SiC功率器件的EV车载充电器 | |
CN108539833B (zh) | 一种电动汽车用开绕组永磁电驱重构型车载充电系统 | |
CN108448913B (zh) | 一种单级式基于交错并联无桥pfc电路和llc谐振的隔离型ac-dc变换器 | |
WO2020125625A1 (zh) | 动力电池的充电方法、电机控制电路及车辆 | |
CN207705877U (zh) | 一种高效率电动汽车车载充电机 | |
CN101523710B (zh) | 通用功率变换器 | |
CN108988451A (zh) | 隔离型双向充电机控制方法及控制电路 | |
CN109167423A (zh) | 车载充电机与车载dcdc的电气集成装置 | |
CN107994789A (zh) | 一种基于无桥pfc和llc谐振的隔离型集成式ac-dc变换器 | |
CN102570830B (zh) | 基于耦合电感的模块型光伏电力电子变换器 | |
CN108696140A (zh) | 具有宽输出电压范围的全桥谐振dc-dc变换器及调制方法 | |
CN1428924A (zh) | 开关电源装置 | |
CN204334330U (zh) | 一种模块化高压供电电路 | |
CN108512256A (zh) | 一种多功能车载充放电一体化系统 | |
CN108032740A (zh) | 一种储能式电动汽车充电桩系统 | |
CN110112935A (zh) | 三相单级隔离ac-dc变换器、双环控制系统及方法 | |
CN201623633U (zh) | 具有零电压切换辅助电路的全桥相移式转换器 | |
CN103647321A (zh) | 电动汽车多功能车载充电电路 | |
CN105871205A (zh) | 一种集成式多功能电源转换系统 | |
CN107959429A (zh) | 一种耦合电感升压逆变器及其控制方法 | |
CN111464040A (zh) | 一种适用于不同输入电网的dcdc架构及其控制方法 | |
CN108621831A (zh) | 一种车载充电机实现直流快充功能的方法 | |
Indalkar et al. | Comparison of AC-DC Converter Topologies Used for Battery Charging in Electric Vehicle | |
Indalkar et al. | An off board electric vehicle charger based on zvs interleaved ac-dc boost pfc converter | |
CN107645246A (zh) | 一种两级式单相逆变器 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190322 |
|
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |