CN113147447A - 用于电动汽车的多功用车载充电电路 - Google Patents

用于电动汽车的多功用车载充电电路 Download PDF

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Abstract

本申请涉及一种用于电动汽车的多功用车载充电电路，属于电动汽车的车载充电设备的领域，用于解决相关技术中车载充电设备功能较少的问题，双向AC/DC变换电路通过H桥变换电路连接至变压器，LLC谐振变换电路连接变压器，BUCK/BOOST变换电路通过半桥AC/DC变换电路连接至变压器。双向AC/DC变换电路与AC电源对应，LLC谐振变换电路与高压DC电源对应，BUCK/BOOST变换电路与低压DC电源对应，在控制器的控制下，能够以AC电源、高压DC电源、低压DC电源三者中的一个作为输入并输出另外的一个或两个，有利于实现市电以及电动汽车的高压动力电池和蓄电池之间较为灵活的电能交换。

Description

用于电动汽车的多功用车载充电电路
技术领域
本申请涉及电动汽车的车载充电设备的领域，尤其是涉及一种用于电动汽车的多功用车载充电电路。
背景技术
车载充电机为电动汽车的新型充电设备，其替代了传统的直流充电设备，能够配置于电动汽车，使电动汽车能够以市电进行充电，为电动汽车的充电带来了极大的便利。集成化和多功用是车载充电机一直致力发展的趋势，市场也对车载充电机的功能和体积提出了新的更高的要求。
发明内容
为了满足市场的对车载充电机的功能和体积的需求，本申请提供了一种用于电动汽车的多功用车载充电电路。
本申请提供的一种用于电动汽车的多功用车载充电电路采用如下的技术方案：
一种用于电动汽车的多功用车载充电电路，包括：双向AC/DC变换电路、H桥变换电路、变压器、LLC谐振变换电路、半桥AC/DC变换电路、BUCK/BOOST变换电路以及控制电路；
所述双向AC/DC变换电路包括PFC控制模式和逆变控制模式，其AC端可接入外部AC电源或输出AC电源；
所述H桥变换电路包括逆变控制模式和整流模式，其DC端连接所述双向AC/DC变换电路的DC端；
所述变压器包括第一绕组、第二绕组和第三绕组；所述第一绕组连接所述H桥变换电路的AC端，所述第二绕组连接所述LLC谐振变换电路的AC端，所述第三绕组连接所述半桥AC/DC变换电路的AC端；
所述LLC谐振变换电路包括全桥LLC谐振变换模式和三电平LLC谐振变换模式，其DC端可接入外部高压DC电源或输出高压DC电源；
所述半桥AC/DC变换电路包括整流模式和逆变控制模式，其AC端连接所述第三绕组；
所述BUCK/BOOST变换电路包括BUCK控制模式和BOOST控制模式，其BUCK输入端连接所述半桥AC/DC变换电路的DC端，BOOST输入端可接入外部低压DC电源或输出低压DC电源；
所述控制电路连接所述双向AC/DC变换电路、H桥变换电路、LLC谐振变换电路、半桥AC/DC变换电路和BUCK/BOOST变换电路，用于控制模式切换。
通过采用上述技术方案，该车载充电电路构建能够接入或输出AC电源、高压DC电源和低压DC电源，在接入其中一种电源时能够输出另外两种电源中的一个或两个，使该车载充电电路能够灵活的应用市电、电动汽车的高压动力电池、蓄电池为电源或供给市电以及为电动汽车的高压动力电池和蓄电池充电，增加了该车载充电电路的功能的多样性；在该车载充电电路中仅存在一个变压器，使该车载充电电路的磁集成性较好，有利于缩小该车载充电电路的体积。
可选的，双向AC/DC变换电路包括：开关控制单元和BOOST变换单元；
所述开关控制单元包括相串联的两开关管，该两开关管的公共端作所述双向AC/DC变换电路AC端的一端；
所述BOOST变换单元包括一电感及两开关管，该电感的一端作所述双向AC/DC变换电路AC端的另一端、另一端连接该两开关管的公共端；
所述开关控制单元的两开关管与所述BOOST变换单元的两开关管并联，所述两开关管公共端之外的两端作所述双向AC/DC变换电路的DC端。
可选的，所述BOOST变换单元有两个，两所述BOOST变换单元相并联。
可选的，所述双向AC/DC变换电路和所述H桥变换电路之间并联设置有电解电容。
可选的，所述H桥变换电路和所述第一绕组之间设置有隔直电容。
可选的，所述LLC谐振变换电路包括：LLC谐振单元、H桥变换单元和转换单元；
所述LLC谐振单元包括一串联谐振电感、一并联谐振电感和两谐振电容；所述两谐振电容串联；所述串联谐振电感一端连接所述第二绕组的一端、另一端连接所述两谐振电容的公共端，所述并联谐振电感一端用作所述LLC谐振变换电路AC端的一端、并连接所述第二绕组的另一端；
所述H桥变换单元包括四开关管和两电流钳位件，该四开关管依次串联，所述两电流钳位件顺向串联，电流钳位件整体的输出端连接该四开关管中第一个和第二个的公共端、输入端连接第三个和第四个的公共端，该四开关管整体的两端分别连接两谐振电容整体的两端，该四开关管中第二个和第三个的公共端连接并联谐振电感和所述第二绕组的公共端；
转换单元分别连接所述第二绕组与所述串联谐振电感的公共端、两电流钳位件的公共端以及所述并联谐振电感的另一端，以用于控制所述并联谐振电感的所述另一端选择所述第二绕组与所述串联谐振电感的公共端、所述另一对电流钳位件的公共端之一连接；
该四开关管整体的两端用作所述LLC谐振变换电路的DC端。
可选的，所述转换单元包括一转换触点，所述转换触点的一个动触点连接所述并联谐振电感的所述另一端，两个静触点分别连接所述第二绕组与所述串联谐振电感的公共端以及所述另一对电流钳位件的公共端。
可选的，还包括三滤波电容，一滤波电容并联于LLC谐振变换电路的DC端，另外两滤波电容串联，该两滤波电容的公共端连接所述另一对电流钳位件的公共端。
可选的，所述第三绕组具有中心抽头；
所述半桥AC/DC变换电路包括两开关管和两电流钳位件，该两开关管串联，该两开关管公共端之外的两端作所述半桥AC/DC变换电路的AC端，该两开关管公共端作所述半桥AC/DC变换电路DC端的正极；所述中心抽头连接所述半桥AC/DC变换电路DC端的负极；
一电流钳位件并联于一开关管，电流钳位件的输入端连接开关管与第三绕组的公共端。
可选的，所述BUCK/BOOST变换电路包括两BOOST变换单元，所述两BOOST变换单元并联；
所述BOOST变换单元包括一电感及两开关管，该电感的一端作所述BOOST输入端的正极、另一端连接该两开关管的公共端，该两开关管整体的两端作所述BOOST变换单元的BUCK输入端；
所述BUCK输入端的负极连接所述BOOST输入端的负极。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1.提供了一种用于电动汽车的多功用车载充电电路，其仅应用一个变压器，即能够应用市电、电动汽车的高压动力电池和蓄电池中的一种为电源，实现向外供给市电和/或向电动汽车的高压动力电池和/或蓄电池充电，功能较多、体积较小；
2.该车载充电电路的电压电流纹波和噪声均能够得到较好的抑制，保障了接入和输出电能的质量。
应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本申请的实施例的关键或重要特征，亦非用于限制本申请的范围。本申请的其它特征将通过以下的描述变得容易理解。
附图说明
结合附图并参考以下详细说明，本申请各实施例的上述和其他特征、优点及方面将变得更加明显。在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：
图1示出了本申请实施例中用于电动车的多功用车载充电电路的系统结构示意图。
图2示出了本申请实施例中用于电动车的多功用车载充电电路的变换电路部分的示例电路图。
图3示出了H桥变换电路的驱动信号和谐振腔输入电压的示意图。
图4示出了三电平LLC谐振变换电路的驱动信号示意图。
附图标记说明：1、双向AC/DC变换电路；2、H桥变换电路；3、LLC谐振变换电路；4、半桥AC/DC变换电路；5、BUCK/BOOST变换电路；6、控制电路。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的全部其他实施例，都属于本申请保护的范围。
另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
本申请中，以包含一个变压器的磁集成电路实现市电以及电动汽车的高压动力电池和蓄电池间的电能交换，在保障较小体积的基础上增加了车载充电电路的功能。
参照图1和图2，本申请提供了一种用于电动汽车的车载充电电路，其包括双向AC/DC变换电路1、H桥变换电路2、变压器T1、LLC谐振变换电路3、半桥AC/DC变换电路4、BUCK/BOOST变换电路5以及控制电路6。
其中，双向AC/DC变换电路1通过H桥变换电路2连接至变压器T1，LLC谐振变换电路3连接变压器T1，BUCK/BOOST变换电路5通过半桥AC/DC变换电路4连接至变压器T1。双向AC/DC变换电路1与AC电源对应，LLC谐振变换电路3与高压DC电源对应，BUCK/BOOST变换电路5与低压DC电源对应，在控制器的控制下，能够以AC电源、高压DC电源、低压DC电源三者中的一个作为输入并输出另外的一个或两个，有利于实现市电以及电动汽车的高压动力电池和蓄电池之间较为灵活的电能交换。
控制电路6主要通过各个变换电路中的开关管实现对各个变换电路的控制，在本申请实施例中，开关管均选择为MOS管，具体为配置有体二极管的NMOS管，体二极管的阳极连接NMOS管的S极，阴极连接NMOS管的D极。
具体地，变压器T1包括一次侧的第一绕组a以及二次侧的第二绕组b和第三绕组c。
双向AC/DC变换电路1包括一开关控制单元和两BOOST变换单元。BOOST变换单元的正用的功能为升压直流变换，其逆用的功能即为降压直流变换，由于BOOST变换单元与BUCK变换单元互为逆用关系，故两BOOST变换单元也可被认定为两BUCK变换单元。
其中，开关控制单元包括第一MOS管M1和第二MOS管M2，第一MOS管M1的S极连接第二MOS管M2的D极。
在两个BOOST变换单元中，第三MOS管M3的S极连接第四MOS管M4的D极，第五MOS管M5的S极连接第六MOS管M6的D极，第三MOS管M3的D极连接第五MOS管M5的D极、并连接至第一MOS管M1的D极，第四MOS管M4的S极连接第六MOS管M6的S极、并连接至第二MOS管M2的S极，第一电感L1一端连接第三MOS管M3和第四MOS管M4的公共端，第二电感L2的一端连接第五MOS管M5和第六MOS管M6的公共端，第一电感L1的另一端和第二电感L2的另一端连接。
在双向AC/DC变换电路1中，第一电感L1和第二电感L2的公共端L以及第一MOS管M1和第二MOS管M2的公共端N分别为双向AC/DC变换电路1的AC端的两端，在接入外部AC电源如市电时L接火线、N接零线，在向外输出AC电源时L作火线、N作零线；第三MOS管M3、第五MOS管M5和第一MOS管M1的公共端作双向AC/DC变换电路1DC端的正极，第四MOS管M4、第六MOS管M6、第二MOS管M2的公共端作双向AC/DC变换电路1DC端的负极。
为了改善该部分电能质量，在双向AC/DC变换电路1的DC端并联第一电解电容C1，第一电解电容C1的正极连接第三MOS管M3、第五MOS管M5和第一MOS管M1的公共端，负极连接第四MOS管M4、第六MOS管M6、第二MOS管M2的公共端。
H桥变换电路2的功能也是实现AC/DC的双向变换，其包括第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9和第十MOS管M10。其中，第七MOS管M7的S极连接第八MOS管M8的D极，第九MOS管M9的S极连接第十MOS管M10的D极，第七MOS管M7的D极连接第九MOS管M9的D极，第八MOS管M8的S极连接第十MOS管M10的S极。
在H桥变换电路2中，第七MOS管M7和第九MOS管M9的公共端作H桥变换电路2DC端的正极，该正极连接双向AC/DC变换电路1的正极，第八MOS管M8和第十MOS管M10的公共端作H桥变换电路2DC端的负极，该负极连接双向AC/DC变换电路1的负极；第七MOS管M7和第八MOS管M8的公共端A和第九MOS管M9和第十MOS管M10的公共端B分别作H桥变换电路2AC端的两端。
H桥变换电路2AC端的A连接变压器T1的第一绕组a的同名端，B连接第一绕组a的异名端。
同样的，为改善该部分电能质量，在H桥变换电路2与变压器的第一绕组a之间设置隔直电容C2，隔直电容C2具体串接于A与第一绕组a的同名端之间。
LLC谐振变换电路3包括LLC谐振单元、H桥变换单元和转换单元。
在本实施例中，转换单元具体选择为转换触点RLY，转换触点RLY包括一个动触点和两个静触点，转换触点RLY受控于控制电路6。
其中，LLC谐振单元包括串联谐振电感Lr、并联谐振电感Lp、第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2，第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2串联。串联谐振电感Lr的一端连接第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2的公共端，串联谐振电感Lr的另一端用作LLC谐振单元AC端的一端、并连接变压器T1的第二绕组b的同名端。并联谐振电感Lp一端连接转换触点RLY的动触点，另一端用作LLC谐振单元AC端的另一端、并连接变压器T1的第二绕组b的异名端。
转换触点RLY的一个静触点连接串联谐振电感Lr和第二绕组b的公共端。
H桥变换单元包括第十一MOS管M11、第十二MOS管M12、第十三MOS管M13、第十四MOS管M14、第一二极管D1和第二二极管D2。第十一MOS管M11的S极连接第十二MOS管M12的D极、第十二MOS管M12的S极连接第十三MOS管M13的D极、第十三MOS管M13的S极连接第十四MOS管M14的D极，第十一MOS管M11的D极连接第一谐振电容Cr1远离第二谐振电容Cr2的一端，第十四MOS管M14的S极连接第二谐振电容Cr2远离第一谐振电容Cr1的一端。第十二MOS管M12和第十三MOS管M13的公共端连接并联谐振电感Lp和第二绕组b的公共端。第一二极管D1的阳极连接第二二极管D2的阴极。第一二极管D1的阴极连接第十一MOS管M11和第十二MOS管M12的公共端，第二二极管D2的阳极连接第十三MOS管M13和第十四MOS管M14的公共端。第一二极管D1和第二二极管D2的公共端连接转换触点RLY的另一个静触点。
为改善该部分电能质量，H桥变换单元还配置有第一滤波电容C3、第二滤波电容C4和第三滤波电容C5。
其中，第一滤波电容C3和第二滤波电容C4串联，第一滤波电容C3远离第二滤波电容C4的一端连接第一谐振电容Cr1和第十一MOS管M11的公共端，第二滤波电容C4远离第三滤波电容C3的一端连接第二谐振电容Cr2和第十四MOS管M14的公共端，第一滤波电容C3远离第二滤波电容C4的公共端连接第一二极管D1和第二二极管D2的公共端。
第三滤波电容C5一端连接第一谐振电容Cr1和第十一MOS管M11的公共端，另一端连接第二谐振电容Cr2和第十四MOS管M14的公共端。
应理解，在LLC谐振变换电路3中，第十三MOS管M13和第十四MOS管M14主要应用体二极管起电流钳位作用，同步控制MOS管导通能够减少导通损耗。
第三滤波电容C5与第十一MOS管M11的公共端用作LLC谐振变换电路3DC端的正极VH+，第三滤波电容C5的另一端作LLC谐振变换电路3DC端的负极VH-。
变压器T的第三绕组c具有中心抽头。
半桥AC/DC变换电路4包括第十五MOS管M15、第十六MOS管M16以及第二电解电容C6。其中，第十五MOS管M15的S极用作半桥AC/DC变换电路4AC端的一端、并连接第三绕组c的同名端，第十六MOS管M16的S极用作半桥AC/DC变换电路4AC端的另一端、并连接第三绕组c的异名端，第十五MOS管M15的D极连接第十六MOS管M16的D极和第二电解电容C6的正极、以用作半桥AC/DC变换电路4DC端的正极，第三绕组c的中心抽头连接第二电解电容C6的负极、以用作半桥AC/DC变换电路4DC端的负极。
BUCK/BOOST变换电路5即升压/降压型直流变换电路，其包括两BOOST变换单元，该两BOOST变换单元并联。BOOST变换单元的正用的功能为升压直流变换，其逆用的功能即为降压直流变换，由于BOOST变换单元与BUCK变换单元互为逆用关系，故两BOOST变换单元也可被认定为两BUCK变换单元。
BUCK/BOOST变换电路5具有第十七MOS管M17、第十八MOS管M18、第十九MOS管M19、第二十MOS管M20、第三电感L3和第四电感L4。其中，第十七MOS管M17的S极连接第十八MOS管M18的D极、第十九MOS管M19的S极连接第二十MOS管M20的D极，第十七MOS管M17的D极连接第十九MOS管M19的D极，第十八MOS管M18的S极连接第二十MOS管M20的S极。第三电感L3的一端连接第十七MOS管M17和第十八MOS管M18的公共端，第四电感L4的一端连接第十九MOS管M19和第二十MOS管M20的公共端，第三电感L3的另一端和第四电感L4的另一端连接。
在BUCK/BOOST变换电路5，第十七MOS管M17和第十九MOS管M19的公共端用作BUCK输入端（即降压输入端）的正极，该正极连接半桥AC/DC变换电路4DC端的正极，第十八MOS管M18和第二十MOS管M20的公共端用作BUCK输入端（即降压输入端）的负极，该负极连接半桥AC/DC变换电路4DC端的负极；第三电感L3和第四电感L4的公共端用作BOOST输入端（即升压输入端）的正极VL+，第十八MOS管M18和第二十MOS管M20的公共端用作BOOST输入端（即升压输入端）的负极VL-。
控制电路6包括单片机及其外围电路（图中未示出外围电路），控制电路6主要用于对各个变换电路中的电压电流进行采样，以确定输入或输出的AC电源、高压DC电源、低压DC电源的电压电流参数，有利于为自动化充放电和智能控制充放电提供便利。再次声明，前述各个变换电路中的MOS管的G极均连接且受控于控制电路6，LLC谐振变换电路3中的转换触点RLY连接且受控于控制电路6。
下面结合该车载充电电路的工作模式，对该车载充电电路的原理作进一步说明。
模式一：外部AC电源通过该车载充电电路转化为高压DC电源和低压DC电源。
以外部AC电源为市电对模式一进行具体说明，市电的正半周L的电位高于N的电位，负半周N的电位高于L的电位。
在模式一下，双向AC/DC变换电路1工作在PFC控制模式，其中的两BOOST变换单元交替工作。第一MOS管M1和第二MOS管M2以工频交替导通，即在市电的正半周，控制电路6控制第一MOS管M1关断、第二MOS管M2导通，在市电的负半周，控制电路6控制第一MOS管M1导通、第二MOS管M2关断。
控制电路6控制第三MOS管M3、第四MOS管M4、第五MOS管M5、第六MOS管M6以远高于工频的频率高频通断，第三MOS管M3和第四MOS管M4的驱动信号互补，第五MOS管M5和第六MOS管M6的驱动信号互补，第三MOS管M3和第五MOS管M5的驱动信号相位差为180°，第四MOS管M4和第六MOS管M6驱动信号的相位差为180°。即在第三MOS管M3导通时，第四MOS管M4和第五MOS管M5关断，第六MOS管M6导通；在第四MOS管M4导通时，第三MOS管M3和第六MOS管M6关断，第五MOS管M5导通。
在市电的正半周，第四MOS管M4导通时，第一电感L1经第四MOS管M4及其体二极管和第二MOS管M2及其体二极管充电，第二电感L2经第五MOS管M5及其体二极管向第一电解电容C1的正极放电,第一电解电容C1放电；第三MOS管M3导通时，第一电感L1经第三MOS管M3及其体二极管向第一电解电容C1的正极放电，第二电感L2经第六MOS管M6及其体二极管和第二MOS管M2及其体二极管充电充电。
市电的负半周的原理与正半周同理，不做赘述。
以上所述，PFC控制模式下的双向AC/DC变换电路1中的两BOOST变换单元本身能够将电感功率减半，电压峰值降低一倍，输出的电流纹波相应会降低一倍，并且由于两BOOST变换单元保持相移180°，两BOOST变换单元的电流消耗量会发生相互抵消，从而进一步降低电流纹波。
在模式一下，H桥变换电路2、变压器T1的第一绕组a和第二绕组b以及LLC谐振变换电路3构成的高压输出双向DC/DC转换电路工作在OBC控制模式。
具体来说，H桥变换电路2工作在逆变控制模式，控制电路6通过PWM信号控制第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9和第十MOS管M10高频通断，使接入的DC电源转换为能够驱动LLC谐振变换电路3的AC电源。
参照图3，第七MOS管M7和第八MOS管M8的驱动信号互补，第九MOS管M9和第十MOS管M10的驱动信号互补，第七MOS管M7和第八MOS管M8的驱动信号超前于第九MOS管M9和第十MOS管M10的驱动信号，第七MOS管M7驱动信号的上升沿与第十MOS管M10驱动信号的上升沿之间的间隔时间TPHASE为控制电路6需要调节的相移，第七MOS管M7驱动信号相邻两个上升沿之间的间隔时间TS为控制电路6需要调节的开关周期，VAB为谐振腔电压。通过同时调节相移和频率的方式控制LLC谐振变换电路3的谐振腔电压VAB来控制LLC谐振变换电路3的增益，能够得到较宽的增益范围。
在LLC谐振变换电路3中，控制电路6控制转换触点RLY的动触点掷至连接第一二极管D1和第二二极管D2的公共端的静触点，使LLC谐振变换电路3处于全桥LLC谐振变换模式。其中，第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2可以等效为串联于串联谐振电感Lr以及第一二极管D1和第二二极管D2的公共端之间的谐振电容Cr。采用分体式的谐振电容配置，电流的峰值和有效值减半，有利于降低输入电容中的交流电流和差模噪声。
第十一MOS管M11、第十二MOS管M12、第十三MOS管M13H和第十四MOS管M14不作开关控制，仅由体二极管进行整流工作，也可作同步整流控制以减少导通损耗。
若VAB>0为VAB的正半周，为VAB<0为VAB的负半周。则在正半周，VAB经串联谐振电感Lr，第一谐振电容Cr1经第三滤波电容C5、第十四MOS管M14及其体二极管、第十三MOS管M13及其体二极管向第二绕组b的异名端放电，第二谐振电容Cr2经第十四MOS管M14及其体二极管、第十三MOS管M13及其体二极管向第二绕组b的异名端放电；在负半周，VAB经第十一MOS管M11及其体二极管、第十二MOS管M12及其体二极管向第一谐振电容Cr1充电，并经第三滤波电容C5向第二谐振电容Cr2充电。
从而实现高压DC电源的输出，高压DC电源能够为电动汽车的高压动力电池充电。
应理解，在模式一下，H桥变换电路2、变压器T1的第一绕组a和第二绕组b以及LLC谐振变换电路3构成的高压输出双向DC/DC转换电路的电流拓扑由H桥、串连谐振电感Lr、并联谐振电感Lp、第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2组成的全桥LLC谐振变换器。
由半桥AC/DC变换电路4和BUCK/BOOST变换电路5构成的低压输出双向DC/DC转换电路输出用于为电动汽车的蓄电池充电的低压DC电源。
半桥AC/DC变换电路4工作在整流模式，第十五MOS管M15、第十六MOS管M16仅为降低导通损耗做同步整流控制，不进行斩波。半桥AC/DC变换电路4输出的DC电源储存于第二电解电容C6中。
在BUCK/BOOST变换电路5中，第二电解电容C6中储存的DC电源经两路并联的BUCK变换单元处理后为电动汽车的蓄电池充电，以降低充电电流纹波。在该模式下，第十七MOS管M17、第十八MOS管M18、第十九MOS管M19、第二十MOS管M20均以高频PWM波驱动，第十七MOS管M17的驱动信号和第十九MOS管M19的驱动信号相位差为180°，第十八MOS管M18的驱动信号和第二十MOS管M20的驱动信号相位差为180°，第十七MOS管M17的驱动信号和第十八MOS管M18的驱动信号互补、第十九MOS管M19和第二十MOS管M20的驱动信号互补，控制电路6通过调节PWM信号的占空比，控制BUCK/BOOST变换电路5的增益。
模式二：以高压DC电源提供低压DC电源。
具体场景如电动汽车的高压动力电池为蓄电池充电。
双向AC/DC变换电路1不需要参与工作，其中的MOS管被控制电路6控制在关断状态。
在模式二下，H桥变换电路2、变压器T1的第一绕组a和第二绕组b以及LLC谐振变换电路3构成的高压输出双向DC/DC转换电路工作在放电控制模式。
控制电路6控制转换触点RLY的动触点连接与第二绕组b的同名端和串联谐振电感Lr的公共端连接的静触点，LLC谐振变换电路3工作在三电平LLC谐振变换模式。即高压输出双向DC/DC转换电路的电路拓扑为由三电平DC/DC转换电路、串联谐振电感Lr、并联谐振电感Lp、第一谐振电容Cr1和第二谐振电容Cr2组成的三电平LLC谐振型变换器。
H桥变换电路2中的第七MOS管M7、第八MOS管M8、第九MOS管M9和第十MOS管M10被控制电路6控制在关断状态。
在LLC谐振变换电路3中，控制电路6以高频PWM信号控制第十一MOS管M11、第十二MOS管M12、第十三MOS管M13和第十四MOS管M14的通断。
参照图4，第十一MOS管M11和第十二MOS管M12的驱动信号基本相同，但第十一MOS管M11较之第十二MOS管M12提前关断；第十三MOS管M13和第十四MOS管M14的驱动信号基本相同，但第十四MOS管M14较之第十三MOS管M13提前关断。第十一MOS管M11和第十四MOS管M14的驱动信号互补，第十二MOS管M12和第十三MOS管M13的驱动信号互补，四者的驱动信号的占空比均为50%。第一二极管D1和第二二极管D2起钳位作用。若高压动力电池提供的高压DC电源为750V，则第十一MOS管M11和第十二MOS管M12导通时，第十三MOS管M13、第十四MOS管M14两个开关的总电压应力为设计的最高输出电压750V。由于第二二极管D2的钳位作用，第十三MOS管M13和第十四MOS管M14两个开关的电压应力分别为750V/2=375V。第十三MOS管M13和第十四MOS管M14导通时，第一二极管D1和第二二极管D2的钳位作用原理类似，不作赘述。
由半桥AC/DC变换电路4和BUCK/BOOST变换电路5构成的低压输出双向DC/DC转换电路工作原理与模式一相同，不进行重复介绍。
模式三：以高压DC电源同时提供AC电源和低压DC电源。
具体场景如高压动力电池为交流电网和蓄电池供电。
双向AC/DC变换电路1工作在逆变控制模式，控制电路6通过调节SPWM驱动信号的占空比控制输出的AC电源。逆变控制模式下，第一MOS管M1和第二MOS管M2工频交替导通，第一电解电容C1储存的DC电源经并联的两路BUCK变换单元处理后为交流电网供电，通过改变驱动信号的占空比，使两路BUCK变换单元与市电的需求相适应。
高压输出双向DC/DC转换电路工作在电池放电控制模式，工作状态为三电平LLC谐振型变换器，控制过程与模式二中相应的内容相同。
低压输出双向DC/DC转换电路为蓄电池充电，工作状态为两路并联BUCK变换器，控制过程与模式一中相应内容相同。
模式四：以低压DC电源提供高压DC电源、
具体场景如以电动汽车的蓄电池为高压动力电池或高压用电设备供电。
双向AC/DC变换电路1不需要参与工作，其中的MOS管被控制电路6控制在关断状态。
高压输出双向DC/DC转换电路工作在OBC控制模式，工作状态为全桥LLC谐振变换器，控制过程与模式一种相应的内容相同。
低压输出双向DC/DC转换电路由蓄电池放电，第十七MOS管M17、第十八MOS管M18、第十九MOS管M19、第二十MOS管M20、第三电感L3和第四电感L4形成两路并联的BOOST变换单元（BOOST变换单元的具体控制方式不作赘述），其输入端为蓄电池，输出端为第二电解电容C6，第十五MOS管M15和第十六MOS管M16在PWM信号的驱动下互补开通，为高压输出双向DC/DC转换电路的谐振腔提供输入电压，该PWM信号的占空比为50%。
在该车载充电电路中，高压输出双向DC/DC转换电路采用双向LLC设计，在全范围内实现软开关控制，有利于提高转换效率。通过第一二极管D1和第二二极管D2的钳位作用能够降低相应MOS管的电压应力，可用低压MOS管替代高压MOS管，在保障产品可靠性的前提下能够降低成本。
低压输出双向DC/DC转换电路采用双向BUCK/BOOST设计，能够实现电动汽车的蓄电池为高压用电设备供电，有利于保障电动汽车制动系统的可靠性。
该车载充电电路和DC/DC转换电路在电器层面深度集成化，体积和重量较之分体设计大幅度降低，有利于节约制作的材料成本和设置的空间成本。
总之，该车载充电电路兼顾了多功用和小成本，适应了市场的需求，具备较高的价值。
以上描述仅为本申请的较佳实施例以及对所运用技术原理的说明。本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的公开范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离前述公开构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种用于电动汽车的多功用车载充电电路，其特征在于，包括：双向AC/DC变换电路(1)、H桥变换电路(2)、变压器、LLC谐振变换电路(3)、半桥AC/DC变换电路(4)、BUCK/BOOST变换电路(5)以及控制电路(6)；
所述双向AC/DC变换电路(1)包括PFC控制模式和逆变控制模式，其AC端可接入外部AC电源或输出AC电源；
所述H桥变换电路(2)包括逆变控制模式和整流模式，其DC端连接所述双向AC/DC变换电路(1)的DC端；
所述变压器包括第一绕组、第二绕组和第三绕组；所述第一绕组连接所述H桥变换电路(2)的AC端，所述第二绕组连接所述LLC谐振变换电路(3)的AC端，所述第三绕组连接所述半桥AC/DC变换电路(4)的AC端；
所述LLC谐振变换电路(3)包括全桥LLC谐振变换模式和三电平LLC谐振变换模式，其DC端可接入外部高压DC电源或输出高压DC电源；
所述半桥AC/DC变换电路(4)包括整流模式和逆变控制模式，其AC端连接所述第三绕组；
所述BUCK/BOOST变换电路(5)包括BUCK控制模式和BOOST控制模式，其BUCK输入端连接所述半桥AC/DC变换电路(4)的DC端，BOOST输入端可接入外部低压DC电源或输出低压DC电源；
所述控制电路(6)连接所述双向AC/DC变换电路(1)、H桥变换电路(2)、LLC谐振变换电路(3)、半桥AC/DC变换电路(4)和BUCK/BOOST变换电路(5)，用于控制模式切换。
2.根据权利要求1所述的用于电动汽车的多功用车载充电电路，其特征在于，双向AC/DC变换电路(1)包括：开关控制单元和BOOST变换单元；
所述开关控制单元包括相串联的两开关管，该两开关管的公共端作所述双向AC/DC变换电路(1)AC端的一端；
所述BOOST变换单元包括一电感及两开关管，该电感的一端作所述双向AC/DC变换电路(1)AC端的另一端、另一端连接该两开关管的公共端；
所述开关控制单元的两开关管与所述BOOST变换单元的两开关管并联，所述两开关管公共端之外的两端作所述双向AC/DC变换电路(1)的DC端。
3.根据权利要求2所述的用于电动汽车的多功用车载充电电路，其特征在于，所述BOOST变换单元有两个，两所述BOOST变换单元相并联。
4.根据权利要求1所述的用于电动汽车的多功用车载充电电路，其特征在于，所述双向AC/DC变换电路(1)和所述H桥变换电路(2)之间并联设置有电解电容。
5.根据权利要求1所述的用于电动汽车的多功用车载充电电路，其特征在于，所述H桥变换电路(2)和所述第一绕组之间设置有隔直电容。
6.根据权利要求1所述的用于电动汽车的多功用车载充电电路，其特征在于，所述LLC谐振变换电路(3)包括：LLC谐振单元、H桥变换单元和转换单元；
所述LLC谐振单元包括一串联谐振电感、一并联谐振电感和两谐振电容；所述两谐振电容串联；所述串联谐振电感一端连接所述第二绕组的一端、另一端连接所述两谐振电容的公共端，所述并联谐振电感一端用作所述LLC谐振变换电路(3)AC端的一端、并连接所述第二绕组的另一端；
所述H桥变换单元包括四开关管和两电流钳位件，该四开关管依次串联，所述两电流钳位件顺向串联，电流钳位件整体的输出端连接该四开关管中第一个和第二个的公共端、输入端连接第三个和第四个的公共端，该四开关管整体的两端分别连接两谐振电容整体的两端，该四开关管中第二个和第三个的公共端连接并联谐振电感和所述第二绕组的公共端；
转换单元分别连接所述第二绕组与所述串联谐振电感的公共端、两电流钳位件的公共端以及所述并联谐振电感的另一端，以用于控制所述并联谐振电感的所述另一端选择所述第二绕组与所述串联谐振电感的公共端、所述另一对电流钳位件的公共端之一连接；
该四开关管整体的两端用作所述LLC谐振变换电路(3)的DC端。
7.根据权利要求6所述的用于电动汽车的多功用车载充电电路，其特征在于，所述转换单元包括一转换触点，所述转换触点的一个动触点连接所述并联谐振电感的所述另一端，两个静触点分别连接所述第二绕组与所述串联谐振电感的公共端以及所述另一对电流钳位件的公共端。
8.根据权利要求6所述的用于电动汽车的多功用车载充电电路，其特征在于，还包括三滤波电容，一滤波电容并联于LLC谐振变换电路(3)的DC端，另外两滤波电容串联，该两滤波电容的公共端连接所述另一对电流钳位件的公共端。
9.根据权利要求1所述的用于电动汽车的多功用车载充电电路，其特征在于，所述第三绕组具有中心抽头；
所述半桥AC/DC变换电路(4)包括两开关管和两电流钳位件，该两开关管串联，该两开关管公共端之外的两端作所述半桥AC/DC变换电路(4)的AC端，该两开关管公共端作所述半桥AC/DC变换电路(4)DC端的正极；所述中心抽头连接所述半桥AC/DC变换电路(4)DC端的负极；
一电流钳位件并联于一开关管，电流钳位件的输入端连接开关管与第三绕组的公共端。
10.根据权利要求1所述的用于电动汽车的多功用车载充电电路，其特征在于，所述BUCK/BOOST变换电路(5)包括两BOOST变换单元，所述两BOOST变换单元并联；
所述BOOST变换单元包括一电感及两开关管，该电感的一端作所述BOOST输入端的正极、另一端连接该两开关管的公共端，该两开关管整体的两端作所述BOOST变换单元的BUCK输入端；
所述BUCK输入端的负极连接所述BOOST输入端的负极。
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