CN114172362A

CN114172362A - 一种直流大功率充电桩

Info

Publication number: CN114172362A
Application number: CN202111511266.9A
Authority: CN
Inventors: 李加朋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2021-12-11
Filing date: 2021-12-11
Publication date: 2022-03-11

Abstract

本申请涉及一种直流大功率充电桩，包括采样输入电路、整流处理电路、驱动输出电路。本申请的一种直流大功率充电桩，采样电路能够采集电压电流信号，对高频电压信号进行滤波，提升电压信号质量，还能对输入电流信号进行缩小处理，使其转化为电压信号进行采样。主控电路能够使输入电流跟随指令电流，采用精确反馈线性化控制处理抑制谐波，再将信号放大后传入驱动电路，实现各路保护控制功能，同时，当外部故障中断时保护整流器安全运行。驱动输出电路通过滤波器隔离外部信号干扰，能够接收信号后实现外部输出稳定信号，提高整流器性能及传输信号准确性。

Description

一种直流大功率充电桩

技术领域

本申请涉及充电桩与直流充电领域，具体涉及一种直流大功率充电桩。

背景技术

随着全球经济的高速发展,人类对生活质量和生存环境提出了更高的需求,能源短缺、环境条件恶化、气候变暖等现象逐渐成为亟待解决的问题。电动汽车作为新能源的终端设备,数量巨大,是实现新能源转换的最大应用领域。充电桩作为电动汽车的配套设备,由前级整流器和后级变换器构成，其输入端实现与电网的连接,输出端实现对车载电池的充电。充电桩为了满足电网侧的功率因数、谐波含量等并网指标和负载要求，通常使用两级电路拓扑结构：前级整流器，后级DC/DC 变换器。直流快充的目标是：以最短的时间完成电动汽车的充电、对电池寿命影响最低，这对充电桩提出了更高的要求，使得直流大功率充电桩成为研究热点。直流大功率充电桩一般包括两级电路：前级整流器和后级 DC/DC 变换器，前级整流器不仅为后级 DC/DC 变换器提供稳定的直流输出电压，而且实现单位功率因数校正、从源头上抑制谐波的功能；后级 DC/DC 变换器的作用是实现电气隔离以及宽电压输出，以满足不同电压等级的电动汽车充电要求。前级整流器的输入和输出性能不仅影响充电桩的整体性能，而且对后级变换器的性能至关重要。虽然我国充电桩建设起步晚,但是电动汽车的迅猛发展和新能源政策的鼓励,我们充电桩建设与国外正缩小差距。对于整流器的研究,仍有很多先进的控制算法有待研究,比如模糊自适应算法、滑莫控制等,以进一步提高整流器的性能。但是还存在一定的不足，因此设计了一种直流充电桩前级整流器，进行了双闭环控制器的设计，实现电容中点电位平衡控制，通过电平调制方法实现稳定直流充电桩前级整流器的功能。

如图1所示，为现有技术的采样电路，采用两个场效应晶体管作为控制管，同时引入LC滤波电路，整体结构简单，灵巧，功耗低，但没有自反馈回路，受谐波影响很大，稳定性不高。

现有技术的整流电路，多采取多条整流通路，灵活性高，方便模块之间的嵌入，然而，由于大量的电容与二极管的串联，电路整体的稳定性会大幅度的受到外界电场干扰，导致电路输出不稳定，以及灵敏度下降。

发明内容

（一）技术问题

1. 现有技术的充电桩，自身调节性差，受谐波影响大。

2. 现有技术的充电桩，输出不稳定，响应速度慢。

（二）技术方案

针对上述技术问题，本申请提出一种直流大功率充电桩，包括采样输入电路、整流处理电路、驱动输出电路。

采样输入电路，能够转化输入电压，处理输入的电压电流信号，滤除高频电压信号及干扰信号，提升输入电压信号质量。首先，信号经过三极管Q6和Q7的基极输入电路，经过对称的三极管Q2和三极管Q3，三极管Q10和三极管Q11，三极管Q15和三极管Q16对输入信号进行一系列处理，将信号调理转化为电压信号，通过三极管Q12对小信号进行放大处理，通过电阻R13和可变电阻R16调整基准电压值，通过对称三极管处理后的信号转化为正信号，达到整流器峰值要求，分别输入至三极管Q1的基极，三极管Q9的基极以及双级联三极管Q20的基极，电阻R2和电阻R5起到限流和分压的作用，电容C3能够耦合有效交流信号，滤除高频干扰信号，通过采样输入电路能够使输入信号达到整流器峰值要求，达到采集输入侧三相交流电压，输出侧上部电容电压，输出侧下部电容电压，三相输入侧电流，输出直流负载电流的目的。

整流处理电路，通过二极管整流，减小输入谐波，稳定信号，通过三极管和MOS管校正功率因数，通过电容进行滤波处理。经过三极管Q4的信号经过放大后通过发射极输出，前级信号通过二极管D4和二极管D6整流输出，并且防止后极信号串扰，经过双级联三极管Q17的信号能够控制功率场效应晶体管Q18的导通与关断，经过功率场效应晶体管Q13的信号能够将电压升高，提高信号功率，通过电容C2，整流二极管D1，肖特基二极管D2对信号进行动态调整，能够提高整流器工作动态性能，电容C1和电阻R1构成RC网络，起到抑制谐波的作用，将信号稳定输入至功率场效应晶体管Q5的栅极，二极管D5、二极管D7，电容C4配合功率场效应晶体管Q13能够提高开关频率，可以进一步提高整流器性能，快回复型二极管与开关管串联，不存在直通风险，不用考虑死区时间问题，可靠性高，通过功率场效应晶体管Q5控制的滞环电流信号具有较强的鲁棒性，通过整流电路处理提升了整流器的启动性能，提升了整流器抗外界干扰能力。

驱动输出电路，将稳定的信号通过该级电路驱动输出，实现单位功率因数的提升，进一步提升整流器性能。信号通过三极管Q14的发射级，进行放大，并且能够稳定直流输出电压，通过肖特基二极管D3稳定控制信号，通过二极管D8对电压进行钳位，缩短了电压外环的调整时间通过场效应晶体管Q8和场效应晶体管Q19进行功率补偿输出，并且能够降低整流器的最大惯性延迟，经过驱动输出电路处理，提高了整流器工作的性能。

（三）有益效果

本申请提出一种直流大功率充电桩，第一，电流环采用反馈线性化应用，使输入侧电流波形跟随输入侧交流电压波形，正弦度、平滑度更好，实现了单位功率因数校正有效抑制谐波，减小谐波对电路的影响。第二，采用双闭环控制器让直流输出电压更稳定、响应速度更快，超调量、鲁棒性等性能得到优化，使充电桩更稳定高效。

附图说明

图1为现有技术的采样电路。

图2为本申请的电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步说明。

如图2所示，本申请提出一种直流大功率充电桩，包括采样输入电路、整流处理电路、驱动输出电路。

具体而言，所述采样输入电路包括输入端口INPUT，电容C3，电位器R16，6个电阻分别为R2、R5、R11、R12、R13、R14，11个三极管分别为Q1、Q2、Q3、Q6、Q7、Q9、Q10、Q11、Q12、Q15、Q16，所述采样输入电路中输入端口INPUT分别与三极管Q7的基极、三极管Q6的基极连接，三极管Q1的发射极与高电平VCC连接，三极管Q1的基极分别与三极管Q2的基极、三极管Q3的基极、三极管Q2的集电极、三极管Q7的集电极、三极管Q6的集电极连接，三极管Q2的发射极与高电平VCC连接，三极管Q3的发射极与高电平VCC连接，三极管Q3的集电极分别与三极管Q10的基极、三极管Q11的基极、三极管Q9的基极连接，三极管Q10的发射极与三极管Q7的发射极连接，三极管Q11的发射极与三极管Q6的发射极连接，三极管Q10的集电极与三极管Q15的集电极连接，三极管Q11的集电极与三极管Q16的集电极连接，三极管Q12的集电极与高电平VCC连接，三极管Q12的基极与三极管Q15的集电极连接，三极管Q12的发射极分别与三极管Q15的基极、三极管Q16的基极连接，三极管Q15的发射极与电位器R16电阻的一端连接，电位器R16的电阻的另一端与三极管Q16的发射极连接。

具体而言，所述采样输入电路包括输入端口INPUT，电容C3，电位器R16，6个电阻分别为R2、R5、R11、R12、R13、R14，11个三极管分别为Q1、Q2、Q3、Q6、Q7、Q9、Q10、Q11、Q12、Q15、Q16，所述采样输入电路中电阻R13的一端与三极管Q15的基极连接，电阻R13的另一端与电位器R16的滑片端连接，电阻R12的一端与三极管Q15的发射极连接，电阻R12的另一端与电位器R16的滑片端连接，电阻R14的一端与三极管Q16的发射极连接，电阻R14的另一端与电位器R16的滑片端连接，三极管Q16的发射极接地，电阻R2的一端与三极管Q1的集电极连接，电阻R2的另一端分别与电容C3的一端、电阻R5的一端连接，电容C3的另一端分别与与双级联三极管Q20的基极、三极管Q16的集电极连接，电阻R5的另一端与三极管Q9的集电极连接，电阻R11的一端与三极管Q9的发射极连接，电阻R11另一端与双级联三极管Q20的集电极连接。

具体而言，所述整流处理电路所述整流处理电路中包括肖特基二极管D2，三极管Q4，双级联三极管Q17，3个电容分别为C1、C2、C4，5个二极管分别为D1、D4、D5、D6、D7，5个电阻分别为R1、R6、R7、R8、R9，3个功率场效应晶体管分别为Q5、Q13、Q18，所述整流处理电路中三极管Q4的集电极与高电平VCC连接，三极管Q4的基极与三极管Q1的集电极连接，电阻R7的一端与三极管Q4的发射极连接，电阻R7的另一端与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极与三极管Q9的基极连接，二极管D6的负极与二极管D4的正极连接，二极管D6正极与双级联三极管Q17的发射极连接，电阻R8的一端与二极管D4的负极连接，电阻R8的另一端分别与双级联三极管Q17的发射极、功率场效应晶体管Q18的栅极连接，双级联三极管Q17的基极与双级联三极管Q20的集电极连接，双级联三极管Q17的集电极接地。

具体而言，所述整流处理电路所述整流处理电路中包括肖特基二极管D2，三极管Q4，双级联三极管Q18，3个电容分别为C1、C2、C4，5个二极管分别为D1、D4、D5、D6、D7，5个电阻分别为R1、R6、R7、R8、R9，3个功率场效应晶体管分别为Q5、Q13、Q18，所述整流处理电路中电阻R1的一端与三极管Q4的基极连接，电阻R1的另一端与功率场效应晶体管Q5的栅极连接，电容C1的一端与三极管Q4的基极连接，电容C1的另一端与功率场效应晶体管Q5的栅极连接，电容C2的一端与三极管Q4的发射极连接，电容C2的另一端与功率场效应晶体管Q5的栅极连接，二极管D1 的正极与三极管Q4的发射极连接，二极管D1 的负极与功率场效应晶体管Q5的栅极连接，肖特基二极管D2的正极与二极管D4的负极连接，肖特基二极管D2的负极与功率场效应晶体管Q5的栅极连接，电阻R6的一端与二极管D4的负极连接，电阻R6的另一端与功率场效应晶体管Q5的栅极连接，电阻R9的一端与三极管Q4的发射极连接，电阻R9的另一端分别与功率场效应晶体管Q18的漏端、功率场效应晶体管Q13的栅极连接，功率场效应晶体管Q18的源端接地，二极管D5的负极与功率场效应晶体管Q13的漏端连接，二极管D5的正极与功率场效应晶体管Q5的源端连接，二极管D7的正极与功率场效应晶体管Q5的源端连接，二极管D7的负极接地，电容C4的一端与功率场效应晶体管Q5的源端连接，电容C4的另一端接地。

具体而言，所述驱动输出电路包括输出端口OUTPUT，肖特基二极管D3，三极管Q14，双向钳位二极管D8，2个场效应晶体管Q8、Q9，4个电阻分别为R3、R4、R10、R15，所述驱动输出电路中电阻R3的一端与肖特基二极管D3的负极连接，电阻R3的另一端与高电平VCC连接，电阻R4的一端与高电平VCC连接，电阻R4的另一端与场效应晶体管Q8的漏端连接，场效应晶体管Q8的栅极分别与肖特基二极管D3的正极、三极管Q14的基极、功率场效应晶体管Q5的源端连接、双向二极管D8的一端连接，双向二极管D8的另一端接地，电阻R10的一端与功率场效应晶体管Q5的栅极连接，电阻R10的另一端与三极管Q14的发射极连接，电阻R15的一端分别与场效应晶体管Q19的栅极、三极管Q14的集电极连接，电阻R15另一端接地，场效应晶体管Q19的漏端与场效应晶体管Q8的源端连接，场效应晶体管Q19的源端接地，输出端口OUTPUT与场效应晶体管Q8的源端连接。

说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims

1.一种直流大功率充电桩，包括依次连接的采样输入电路、整流处理电路、驱动输出电路，其特征在于：所述采样输入电路包括输入端口INPUT，电容C3，电位器R16，6个电阻分别为R2、R5、R11、R12、R13、R14，11个三极管分别为Q1、Q2、Q3、Q6、Q7、Q9、Q10、Q11、Q12、Q15、Q16，所述采样输入电路中输入端口INPUT分别与三极管Q7的基极、三极管Q6的基极连接，三极管Q1的发射极与高电平VCC连接，三极管Q1的基极分别与三极管Q2的基极、三极管Q3的基极、三极管Q2的集电极、三极管Q7的集电极、三极管Q6的集电极连接，三极管Q2的发射极与高电平VCC连接，三极管Q3的发射极与高电平VCC连接，三极管Q3的集电极分别与三极管Q10的基极、三极管Q11的基极、三极管Q9的基极连接，三极管Q10的发射极与三极管Q7的发射极连接，三极管Q11的发射极与三极管Q6的发射极连接，三极管Q10的集电极与三极管Q15的集电极连接，三极管Q11的集电极与三极管Q16的集电极连接，三极管Q12的集电极与高电平VCC连接，三极管Q12的基极与三极管Q15的集电极连接，三极管Q12的发射极分别与三极管Q15的基极、三极管Q16的基极连接，三极管Q15的发射极与电位器R16电阻的一端连接，电位器R16的电阻的另一端与三极管Q16的发射极连接。

2.根据权利要求1所述的一种直流大功率充电桩，其特征在于：所述采样输入电路包括输入端口INPUT，电容C3，电位器R16，6个电阻分别为R2、R5、R11、R12、R13、R14，11个三极管分别为Q1、Q2、Q3、Q6、Q7、Q9、Q10、Q11、Q12、Q15、Q16，所述采样输入电路中电阻R13的一端与三极管Q15的基极连接，电阻R13的另一端与电位器R16的滑片端连接，电阻R12的一端与三极管Q15的发射极连接，电阻R12的另一端与电位器R16的滑片端连接，电阻R14的一端与三极管Q16的发射极连接，电阻R14的另一端与电位器R16的滑片端连接，三极管Q16的发射极接地，电阻R2的一端与三极管Q1的集电极连接，电阻R2的另一端分别与电容C3的一端、电阻R5的一端连接，电容C3的另一端分别与与双级联三极管Q20的基极、三极管Q16的集电极连接，电阻R5的另一端与三极管Q9的集电极连接，电阻R11的一端与三极管Q9的发射极连接，电阻R11另一端与双级联三极管Q20的集电极连接。

3.根据权利要求1所述的一种直流大功率充电桩，其特征在于：所述整流处理电路所述整流处理电路中包括肖特基二极管D2，三极管Q4，双级联三极管Q17，3个电容分别为C1、C2、C4，5个二极管分别为D1、D4、D5、D6、D7，5个电阻分别为R1、R6、R7、R8、R9，3个功率场效应晶体管分别为Q5、Q13、Q18，所述整流处理电路中三极管Q4的集电极与高电平VCC连接，三极管Q4的基极与三极管Q1的集电极连接，电阻R7的一端与三极管Q4的发射极连接，电阻R7的另一端与二极管D4的负极连接，二极管D4的正极与三极管Q9的基极连接，二极管D6的负极与二极管D4的正极连接，二极管D6正极与双级联三极管Q17的发射极连接，电阻R8的一端与二极管D4的负极连接，电阻R8的另一端分别与双级联三极管Q17的发射极、功率场效应晶体管Q18的栅极连接，双级联三极管Q17的基极与双级联三极管Q20的集电极连接，双级联三极管Q17的集电极接地。

4.根据权利要求1所述的一种直流大功率充电桩，其特征在于：所述整流处理电路所述整流处理电路中包括肖特基二极管D2，三极管Q4，双级联三极管Q18，3个电容分别为C1、C2、C4，5个二极管分别为D1、D4、D5、D6、D7，5个电阻分别为R1、R6、R7、R8、R9，3个功率场效应晶体管分别为Q5、Q13、Q18，所述整流处理电路中电阻R1的一端与三极管Q4的基极连接，电阻R1的另一端与功率场效应晶体管Q5的栅极连接，电容C1的一端与三极管Q4的基极连接，电容C1的另一端与功率场效应晶体管Q5的栅极连接，电容C2的一端与三极管Q4的发射极连接，电容C2的另一端与功率场效应晶体管Q5的栅极连接，二极管D1 的正极与三极管Q4的发射极连接，二极管D1 的负极与功率场效应晶体管Q5的栅极连接，肖特基二极管D2的正极与二极管D4的负极连接，肖特基二极管D2的负极与功率场效应晶体管Q5的栅极连接，电阻R6的一端与二极管D4的负极连接，电阻R6的另一端与功率场效应晶体管Q5的栅极连接，电阻R9的一端与三极管Q4的发射极连接，电阻R9的另一端分别与功率场效应晶体管Q18的漏端、功率场效应晶体管Q13的栅极连接，功率场效应晶体管Q18的源端接地，二极管D5的负极与功率场效应晶体管Q13的漏端连接，二极管D5的正极与功率场效应晶体管Q5的源端连接，二极管D7的正极与功率场效应晶体管Q5的源端连接，二极管D7的负极接地，电容C4的一端与功率场效应晶体管Q5的源端连接，电容C4的另一端接地。

5.根据权利要求1所述的一种直流大功率充电桩，其特征在于：所述驱动输出电路包括输出端口OUTPUT，肖特基二极管D3，三极管Q14，双向钳位二极管D8，2个场效应晶体管Q8、Q9，4个电阻分别为R3、R4、R10、R15，所述驱动输出电路中电阻R3的一端与肖特基二极管D3的负极连接，电阻R3的另一端与高电平VCC连接，电阻R4的一端与高电平VCC连接，电阻R4的另一端与场效应晶体管Q8的漏端连接，场效应晶体管Q8的栅极分别与肖特基二极管D3的正极、三极管Q14的基极、功率场效应晶体管Q5的源端连接、双向二极管D8的一端连接，双向二极管D8的另一端接地，电阻R10的一端与功率场效应晶体管Q5的栅极连接，电阻R10的另一端与三极管Q14的发射极连接，电阻R15的一端分别与场效应晶体管Q19的栅极、三极管Q14的集电极连接，电阻R15另一端接地，场效应晶体管Q19的漏端与场效应晶体管Q8的源端连接，场效应晶体管Q19的源端接地，输出端口OUTPUT与场效应晶体管Q8的源端连接。