CN113193743A - 一种宽恒功率范围充放电系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及充电桩领域，尤其涉及一种宽恒功率范围充放电系统包括依次连接的图腾柱PFC电路和LLC高频隔离电路；其中，所述图腾柱PFC电路的一个桥臂工作在高频模式，另一桥臂工作在工频模式；在充电时所述LLC高频隔离电路处于闭环工作状态，在放电时所述LLC高频隔离电路处于开环工作状态。本发明的有益效果：1.图腾柱PFC电路一个桥臂工作在高频模式，另一桥臂工作在工频模式，相比PWM整流，开关损耗大幅下降，效率高。2.得益于图腾柱PFC电路宽母线电压范围，LLC高频隔离电路全输出范围内可工作在谐振点附近，效率高。

Description

一种宽恒功率范围充放电系统
技术领域
本发明涉及充电桩领域，尤其涉及一种宽恒功率范围充放电系统。
背景技术
目前具备宽恒功率范围的充放电系统，主流方案有两种，一种是使用可调变比的高频隔离变压器，另一种是增加Buck电路。其中，可调变比高频隔离变压器方案：电路利用率低，低压恒功率时器件温度高、效率低，变压器改变变比时需要停机，不能做到无缝档位切换。Buck电路方案：硬开关、效率低，电磁兼容特性差。
发明内容
为解决上述问题，本发明提出一种宽恒功率范围充放电系统。
一种宽恒功率范围充放电系统，包括依次连接的图腾柱PFC电路和LLC高频隔离电路；其中，
所述图腾柱PFC电路的一个桥臂工作在高频模式，另一桥臂工作在工频模式；
在充电时所述LLC高频隔离电路处于闭环工作状态，在放电时所述LLC高频隔离电路处于开环工作状态。
优选的，所述图腾柱PFC电路包括第一开关元件Q1、第二开关元件Q2、第三开关元件Q3以及第四开关元件Q4，所述第一开关元件Q1的S极连接电源端L以及第二开关元件Q2的D极，所述第一开关元件Q1的D极连接第三开关元件Q3的D极以及LLC高频隔离电路，第二开关元件Q2的S极连接第四开关元件Q4的S极以及LLC高频隔离电路，所述第三开关元件Q3的S极连接第四开关元件Q4的D极以及电源端N。
优选的，所述图腾柱PFC电路还包括第一电容C1、第一电感L1及第二L2，所述第一电容C1一端连接电源端N，另一端连接电源端L，所述第一电感L1一端连接电源端L，另一端连接第一开关元件Q1的S极，所述第二电感L2一端连接电源端N，另一端连接第二开关元件Q3的S极。
优选的，所述LLC高频隔离电路包括变压器T1及第五开关元件Q5、第六开关元件Q6、第七开关元件Q7、第八开关元件Q8、第九开关元件Q9、第十开关元件Q10、第十一开关元件Q11、第十二开关元件Q12，所述第五开关元件Q5的D极连接图腾柱PFC电路及第七开关元件Q7的D极，所述第五开关元件Q5的S极连接第六开关元件Q6的D极及变压器T1原边的一端，所述第六开关元件Q6的S极连接图腾柱PFC电路及第八开关元件Q8的S极，所述第七开关元件Q7的S极连接第八开关元件Q8的D极及变压器T1原边的另一端；所述第九开关元件Q9的D极连接第十开关元件Q10的D极及输出端Out+，第九开关元件Q9的S极连接变压器T1副边的一端及第十一开关元件Q11的D极，所述第十开关元件Q10的S极连接第十二开关元件Q12的S极及输出端Out-，所述第十一开关元件Q11的S极连接第十二开关元件Q12的D极及变压器T1副边的另一端。
优选的，所述LLC高频隔离电路还包括第二电容C2及第三电感L3，所述第二电容C2一端连接第七开关元件Q7的S极，另一端连接变压器T1原边的一端，所述第三电感L3的一端连接第五开关元件Q5的S极，另一端连接变压器T1原边的另一端。
优选的，还包括两端分别连接在图腾柱PFC电路输出端的第三电容C3。
优选的，还包括两端分别连接在LLC高频隔离电路输出端的第四电容C4。
本发明的有益效果：
1.图腾柱PFC电路一个桥臂工作在高频模式，另一桥臂工作在工频模式，相比PWM整流，开关损耗大幅下降，效率高。
2.得益于图腾柱PFC电路宽母线电压范围，LLC高频隔离电路全输出范围内可工作在谐振点附近，效率高。
3.在充电时所述LLC高频隔离电路处于闭环工作状态，变压器原边工作在谐振状态，变压器副边工作在同步整流状态，效率高；在放电时所述LLC高频隔离电路处于开环工作状态，
4.充电和放电使用同一套电路，电路使用率高；
5.无需切换档位，可实现宽范围恒功率；
6.单台模块3.3kW，体积小，重量轻，维护方便。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例一种宽恒功率范围充放电系统的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
为了避免容量浪费，充电运营商要求直流充电桩必须具备恒功率功能。比如一台直流充电桩，额定功率30kW，额定电压750V，额定电流就是40A，如果电动汽车提出500V电压、60A电流的充放电需求，这时候因为限流值为40A而导致最终车只得到500V电压、40A电流，充电机的功率仅有20kW，相比额定功率30kW，有10kW的功率浪费。
本发明实施例提出一种宽恒功率范围充放电系统，如图1所示，包括依次连接的图腾柱PFC电路和LLC高频隔离电路；其中，所述图腾柱PFC电路的一个桥臂工作在高频模式，另一桥臂工作在工频模式；在充电时所述LLC高频隔离电路处于闭环工作状态，在放电时所述LLC高频隔离电路处于开环工作状态。
图腾柱PFC电路的一个桥臂工作在高频模式，另一桥臂工作在工频模式，相比PWM整流电路，开关损耗大幅下降，效率高。
在充电时所述LLC高频隔离电路处于闭环工作状态，变压器原边工作在谐振状态，变压器副边工作在同步整流状态，效率高；
在放电时所述LLC高频隔离电路处于开环工作状态，LLC高频隔离电路仅起隔离作用，放电功率由图腾柱PFC电路控制，控制简单。
在本实施例中，图腾柱PFC电路包括第一开关元件Q1、第二开关元件Q2、第三开关元件Q3、第四开关元件Q4、第一电容C1、第一电感L1及第二L2。所述第一开关元件Q1的S极连接第一电感L1一端以及第二开关元件Q2的D极，所述第一开关元件Q1的D极连接第三开关元件Q3的D极以及LLC高频隔离电路，第二开关元件Q2的S极连接第四开关元件Q4的S极以及LLC高频隔离电路，所述第三开关元件Q3的S极连接第四开关元件Q4的D极以及第二电感L2一端，所述第一电感L1另一端连接电源端L，所述第二电感L2另一端连接电源端N，所述第一电容C1一端连接电源端N，另一端连接电源端L。
在本实施例中，LLC高频隔离电路包括变压器T1及第五开关元件Q5、第六开关元件Q6、第七开关元件Q7、第八开关元件Q8、第九开关元件Q9、第十开关元件Q10、第十一开关元件Q11、第十二开关元件Q12、第二电容C2及第三电感L3，所述第五开关元件Q5的D极连接图腾柱PFC电路及第七开关元件Q7的D极，所述第五开关元件Q5的S极连接第六开关元件Q6的D极及第三电感L3的一端，所述第六开关元件Q6的S极连接图腾柱PFC电路及第八开关元件Q8的S极，所述第七开关元件Q7的S极连接第八开关元件Q8的D极及第二电容C2一端；所述第九开关元件Q9的D极连接第十开关元件Q10的D极及输出端Out+，第九开关元件Q9的S极连接变压器T1副边的一端及第十一开关元件Q11的D极，所述第十开关元件Q10的S极连接第十二开关元件Q12的S极及输出端Out-，所述第十一开关元件Q11的S极连接第十二开关元件Q12的D极及变压器T1副边的另一端，所述第二电容C2另一端连接变压器T1原边的一端，所述第三电感L3的另一端连接变压器T1原边的另一端。
上述图腾柱PFC电路输入电压范围AC187-264V，母线电压DC400-840V。图腾柱PFC电路一个桥臂工作在高频模式，另一桥臂工作在工频模式，相比PWM整流，开关损耗大幅下降，效率高。
上述LLC高频隔离电路，输出电压范围DC200-750V，恒功率范围DC330-750V，额定功率3.3kW。得益于图腾柱PFC电路宽母线电压范围，LLC高频隔离电路全输出范围内可工作在谐振点附近，效率高。
本发明充电和放电使用同一套电路，电路使用率高；无需切换档位，可实现宽范围恒功率；单台模块3.3kW，体积小，重量轻，维护方便。
作为优选，本系统还包括两端分别连接在图腾柱PFC电路输出端的第三电容C3。
作为优选，本系统还包括两端分别连接在LLC高频隔离电路输出端的第四电容C4。
第三电容C3、第四电容C4用于充放电。
本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (7)

1.一种宽恒功率范围充放电系统，其特征在于，包括依次连接的图腾柱PFC电路和LLC高频隔离电路；其中，
所述图腾柱PFC电路的一个桥臂工作在高频模式，另一桥臂工作在工频模式；
在充电时所述LLC高频隔离电路处于闭环工作状态，在放电时所述LLC高频隔离电路处于开环工作状态。
2.根据权利要求1所述的一种宽恒功率范围充放电系统，其特征在于，所述图腾柱PFC电路包括第一开关元件Q1、第二开关元件Q2、第三开关元件Q3以及第四开关元件Q4，所述第一开关元件Q1的S极连接电源端L以及第二开关元件Q2的D极，所述第一开关元件Q1的D极连接第三开关元件Q3的D极以及LLC高频隔离电路，第二开关元件Q2的S极连接第四开关元件Q4的S极以及LLC高频隔离电路，所述第三开关元件Q3的S极连接第四开关元件Q4的D极以及电源端N。
3.根据权利要求2所述的一种宽恒功率范围充放电系统，其特征在于，所述图腾柱PFC电路还包括第一电容C1、第一电感L1及第二L2，所述第一电容C1一端连接电源端N，另一端连接电源端L，所述第一电感L1一端连接电源端L，另一端连接第一开关元件Q1的S极，所述第二电感L2一端连接电源端N，另一端连接第二开关元件Q3的S极。
4.根据权利要求1所述的一种宽恒功率范围充放电系统，其特征在于，所述LLC高频隔离电路包括变压器T1及第五开关元件Q5、第六开关元件Q6、第七开关元件Q7、第八开关元件Q8、第九开关元件Q9、第十开关元件Q10、第十一开关元件Q11、第十二开关元件Q12，所述第五开关元件Q5的D极连接图腾柱PFC电路及第七开关元件Q7的D极，所述第五开关元件Q5的S极连接第六开关元件Q6的D极及变压器T1原边的一端，所述第六开关元件Q6的S极连接图腾柱PFC电路及第八开关元件Q8的S极，所述第七开关元件Q7的S极连接第八开关元件Q8的D极及变压器T1原边的另一端；所述第九开关元件Q9的D极连接第十开关元件Q10的D极及输出端Out+，第九开关元件Q9的S极连接变压器T1副边的一端及第十一开关元件Q11的D极，所述第十开关元件Q10的S极连接第十二开关元件Q12的S极及输出端Out-，所述第十一开关元件Q11的S极连接第十二开关元件Q12的D极及变压器T1副边的另一端。
5.根据权利要求4所述的一种宽恒功率范围充放电系统，其特征在于，所述LLC高频隔离电路还包括第二电容C2及第三电感L3，所述第二电容C2一端连接第七开关元件Q7的S极，另一端连接变压器T1原边的一端，所述第三电感L3的一端连接第五开关元件Q5的S极，另一端连接变压器T1原边的另一端。
6.根据权利要求1～5任一项所述的一种宽恒功率范围充放电系统，其特征在于，还包括两端分别连接在图腾柱PFC电路输出端的第三电容C3。
7.根据权利要求1～5任一项所述的一种宽恒功率范围充放电系统，其特征在于，还包括两端分别连接在LLC高频隔离电路输出端的第四电容C4。
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