CN115051581A - 一种电源系统及充电装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种电源系统及充电装置，电源系统包括：交流滤波电路、PFC电路、隔离型DCDC电路、直流滤波电路和噪声负反馈电路；交流滤波电路的输入端用于连接交流电，交流滤波电路的输出端用于连接PFC电路的输入端，PFC电路的输出端用于连接隔离型DCDC电路的输入端，隔离型DCDC电路的输出端用于连接直流滤波电路的输入端；噪声负反馈电路的第一端和第二端分别连接隔离型DCDC电路的输出端和PFC电路的输入端的电感输出级；噪声负反馈电路，用于采样隔离型DCDC电路的输出端的噪声电流信号，对噪声电流信号进行处理后，负反馈回PFC电路的输入端的电感输出级，能够降低电源系统的共模干扰，提升功率密度。

Description

一种电源系统及充电装置
技术领域
本申请涉及电力电子技术领域，具体涉及一种电源系统及充电装置。
背景技术
目前，直流供电的电源系统包括交流滤波电路、功率因数矫正（PFC，Power FactorCorrection）电路、隔离型直流直流（DCDC，Direct Current）电路和直流滤波电路。
其中，PFC电路一般采用三相无中线的Vienna电路，Vienna电路输入为交流电，输出为直流电，Vienna电路的输出端包括直流正母线、直流负母线和直流母线中点。
但是，直流母线中点对大地存在高频高压的共模噪声，一般需要在交流输入端口使用三级共模电感滤波，以及在直流输出端口使用两级甚至三级滤波才能满足Class B标准的要求。
但是滤波电路的体积较大，尤其是电感，感值越大，则体积越大，造成功率密度较低。
发明内容
为解决上述问题，本申请提供一种电源系统及充电装置，能够降低电源系统的共模干扰，并且提升了功率密度。
本申请提供的一种电源系统，包括：交流滤波电路、PFC电路、隔离型DCDC电路、直流滤波电路和噪声负反馈电路；
交流滤波电路的输入端用于连接交流电，交流滤波电路的输出端用于连接PFC电路的输入端，PFC电路的输出端用于连接隔离型DCDC电路的输入端，隔离型DCDC电路的输出端用于连接直流滤波电路的输入端；
噪声负反馈电路的第一端和第二端分别连接隔离型DCDC电路的输出端和PFC电路的输入端的电感输出级；
噪声负反馈电路，用于采样隔离型DCDC电路的输出端的噪声电流信号，对噪声电流信号进行处理后，负反馈回PFC电路的输入端的电感输出级。
优选地，噪声负反馈电路包括：电流互感器和负反馈电路；
电流互感器，用于采集隔离型DCDC电路的输出端的噪声电流信号；
负反馈电路，用于将噪声电流信号放大且反相后反馈给PFC电路的输入端的电感输出级。
优选地，还包括：连接在负反馈电路输出端的输出电路；
输出电路，用于对负反馈电路的输出信号进行放大。
优选地，还包括：连接在输出电路的输出端和PFC电路的输入端的电感输出级之间的补偿电路；
补偿电路至少包括串联的电容和电阻。
优选地，补偿电路包括三个电容，三个电容的第一端连接为星形，星形的中性点连接补偿电路中的电阻；
三个电容的第二端连接PFC电路的输入端的电感输出级。
优选地，噪声负反馈电路还包括：连接在电流互感器和负反馈电路之间的滤波电路；
滤波电路包括以下中的至少一种：电阻、电感或电容。
优选地，负反馈电路包括：运算放大器；
电源系统包括：辅助电源；
辅助电源的输入端用于连接隔离型DCDC电路的输出端，将隔离型DCDC电路的输出电压转换后为运算放大器供电。
优选地，交流滤波电路包括：第一电容、第二电容和第一电感；
第一电容的两端分别连接第一电感的第一端和地，第二电容的两端分别连接第一电感的第二端和地；
第一电感的第一端和第二端分别连接交流电和PFC电路的输入端。
优选地，直流滤波电路包括：第三电容和第二电感；
第三电容的两端分别连接隔离型DCDC电路的输出端和地；
第二电感的第一端连接隔离型DCDC电路的输出端，第二电感的第二端连接电源系统的输出端。
本申请还提供一种充电装置，包括以上介绍的电源系统；
电源系统的输入端用于连接交流电，电源系统的输出端用于给直流用电设备供电。
优选地，充电装置为充电桩。
由此可见，本申请具有如下有益效果：
本申请提供的电源系统，增加了噪声负反馈电路，噪声负反馈电路的输入端连接隔离型DCDC电路的输出端，用于将采集的噪声电流信号负反馈给PFC电路的输入端的电感输出级。将噪声负反馈电路连接在隔离型DCDC电路的输出端，可以将隔离型DCDC电路内部的原边电容和副边电容作为噪声源的内阻，从而可以降低需要补偿的电流量级。将噪声负反馈电路回引到PFC电路的输入端的电感输出级，可以将噪声负反馈电路与PFC电路输入端的电感形成一级滤波电路，从而降低共模噪声。由于本申请提供的电源系统的噪声负反馈电路可以将噪声信号反相并且放大后回引到噪声源，因此两者相加可以抵消，从而有效抑制共模噪声信号，因此，可以降低交流滤波电路和直流滤波电路的级数，降低电路的面积和体积，提高功率密度。
附图说明
图1为一种电源系统的示意图；
图2为一种Vienna拓扑的PFC电路的示意图；
图3为本申请实施例提供的一种电源系统的示意图；
图4A为本申请实施例提供的一种等效电路示意图；
图4B为图4A对应的一种共模噪声的波形图；
图5A为本申请实施例提供的一种电源系统的等效电路图；
图5B为图5A对应的一种共模噪声的波形图；
图6为本申请实施例提供的一种噪声负反馈电路的示意图；
图7为本申请实施例提供的另一种负反馈电路的示意图；
图8为本申请实施例提供的一种负反馈电路的电路图；
图9为本申请实施例提供的一种充电装置的示意图。
具体实施方式
为使本申请的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图介绍本申请实施例提供的技术方案的应用场景。
本申请实施例提供的电源系统可以实现将交流电整流为直流电输出，给直流负载供电或充电。本申请实施例具体不限定应用场景，例如该电源系统可以应用于充电桩，为电动汽车进行直流充电。另外，该电源系统也可以应用于其他需要直流电的场景。
其中包括PFC电路和隔离型DCDC电路，PFC电路可以为不包括整流桥的电路，下面结合附图介绍一种包括无桥PFC电路的电源系统。
参见图1，该图为一种电源系统的示意图。
电源系统包括：交流滤波电路200、PFC电路300、隔离型DCDC电路400和直流滤波电路500。
其中，100为交流输入端，600为直流输出端。
交流滤波电路200用于对交流电进行交流滤波，PFC电路300用于将交流电转换为直流电，隔离型DCDC电路400用于对输入的直流电压进行转换后输出，直流滤波电路500用于对DCDC电路400输出的直流电进行直流滤波后输出。
其中，PFC电路可以采用三相无中线的Vienna拓扑。
参见图2，该图为一种Vienna拓扑的PFC电路的示意图。
PFC电路的输入端连接三相交流输入。
311~313分别为三路相线经交流滤波电路后的节点；321~323为PFC电路中三路电感分别与开关器件连接的节点；331、332为PFC电路的直流输出节点，333为PFC电路的输出中点O；341为三个PFC电感，即La、Lb、Lc。
另外，PFC电路的每相包括两个二极管和两个串联的可控开关管，例如A相包括二极管D1、D2，A相包括可控开关管Sa1和Sa2；B相包括二极管D3、D4，B相包括可控开关管Sb1和Sb2；C相包括二极管D5、D6，C相包括可控开关管Sc1和Sc2。
但是此拓扑的输出中点333对大地存在高频高压的共模噪声，需要设置体积较大的滤波电路才能通过EMC标准，具体为交流滤波电路需要使用三级共模电感滤波才能通过Class B标准限值，直流滤波电路需要使用两级甚至三级滤波才能通过Class B标准限值。
下面介绍本申请实施例提供的一种电源系统，可以抑制PFC电路输出中点的共模噪声，满足Class B的标准，并且不需要体积庞大的滤波电路。
参见图3，该图为本申请实施例提供的一种电源系统的示意图。
本实施例提供的电源系统，包括：交流滤波电路200、PFC电路300、隔离型DCDC电路400、直流滤波电路500和噪声负反馈电路700；
其中，100为交流输入端，600为直流输出端。
交流滤波电路200的输入端用于连接交流电，交流滤波电路200的输出端用于连接PFC电路300的输入端，PFC电路300的输出端用于连接隔离型DCDC电路400的输入端，隔离型DCDC电路400的输出端用于连接直流滤波电路500的输入端；
本申请实施例中的隔离型DCDC电路400为包括变压器的DCDC电路，变压器包括原边绕组和副边绕组。
噪声负反馈电路700的第一端和第二端分别连接隔离型DCDC电路400的输出端和PFC电路300的输入端的电感输出级；
本申请实施例中将噪声负反馈电路700连接在隔离型DCDC电路400的输出端，而不是连接在PFC电路300的输出端，这样可以将DCDC电路400的原边电容和副边电容作为噪声源的内阻，从而可以降低需要补偿的电流量级。
噪声负反馈电路700，用于采样隔离型DCDC电路400的输出端的噪声电流信号，对噪声电流信号进行处理后，负反馈回PFC电路300的输入端的电感输出级。
本申请实施例提供的电源系统，将噪声负反馈电路700的输出端连接PFC电路300的输入端的电感输出级，而不是连接PFC电路300的输入端的电感输入级，可以将噪声负反馈后直接补偿到噪声源的位置，使PFC电路中的电感和交流端的Y电容又能形成一级滤波，可以滤除更多的噪声信号。
为了方便理解本申请实施例提供的技术方案，下面先通过等效电路介绍本申请实施例提供的电源系统的工作原理。
参见图4A，该图为传统的交流三级滤波和直流两级滤波时的等效电路示意图。
交流滤波电路200包括三级LC滤波电路，直流滤波电路500包括两级LC滤波电路，对于共模噪声分析时，将PFC电路300等效为串联的一个电感和一个噪声源，将隔离型DCDC电路400等效为一个电容。
图4B为图4A的共模噪声波形图，从图4B可以看出，共模噪声比较大，尖峰比较高。
本申请实施例提供的电源系统，为了抑制共模噪声，添加噪声负反馈电路，为了更好地抑制共模噪声，将噪声负反馈电路的输出端连接到PFC电路输入端的电感输出级。
参见图5A，该图为本申请实施例提供的一种电源系统的等效电路图。
从图5 A中可以看出，噪声负反馈电路700的输入端连接隔离型DCDC电路400的输出端，噪声负反馈电路的输出端连接到PFC电路300输入端的电感输出级，即连接在PFC等效电路的电感与噪声源之间。
由于本申请实施例提供的噪声负反馈电路700可以有效抑制共模噪声，因此，本申请实施例提供的电源系统中的交流滤波电路和直流滤波电路均可以降级，例如，交流滤波电路和直流滤波电路均采用一级LC滤波电路即可满足标准的要求，即满足Class B指标要求。具体可以参见图5 A中的交流滤波电路200和直流滤波电路500。
一种具体的实现方式，单级的交流滤波电路包括：第一电容C1、第二电容C2和第一电感L1；
第一电容C1的两端分别连接第一电感L1的第一端和地，第二电容C2的两端分别连接第一电感L1的第二端和地；
第一电感L1的第一端和第二端分别连接交流电和PFC电路300的输入端。
一种具体的实现方式，单级的直流滤波电路包括：第三电容C3和第二电感L2；
第三电容C3的两端分别连接隔离型DCDC电路400的输出端和地；
第二电感L2的第一端连接隔离型DCDC电路400的输出端，第二电感L2的第二端连接电源系统的输出端。
应该理解，交流滤波电路和直流滤波电路还可以采用其他单级的形式，以上仅是示意性说明。
与图4A中的三级交流滤波电路和图4A中的两级直流滤波电路相比，本申请实施例图5A提供的交流滤波电路和直流滤波电路均变得更加简单，由于滤波电路中的电感体积较大，当滤波电路中的电感数量减少时，总电路的体积和重量均将大幅降低，有利于节省电路的成本，提高功率密度。
为了更好地理解本申请实施例提供的电源系统的有益效果，可以参见图5B，该图为图5A对应的共模噪声的波形图。
对比图4B和图5B可以看出，本申请提供的技术方案的共模噪声得以改善，共模噪声有效减小。
下面结合附图介绍一种噪声负反馈电路的具体实现方式。
参见图6，该图为本申请实施例提供的一种噪声负反馈电路的示意图。
噪声负反馈电路包括：电流互感器701和负反馈电路702；
电流互感器701，用于采集隔离型DCDC电路的输出端的噪声电流信号；
其中电流互感器701可以包括三个绕组，其中原边绕组包括第一绕组和第二绕组，副边绕组包括第三绕组，第一绕组和第二绕组分别与隔离型DCDC电路400的正输出线和负输出线进行耦合，第三绕组的输出信号作为采集的噪声电流信号，例如一种具体的实现方式，电流互感器的三个绕组的匝比可以为1:1:5，例如第一绕组和第二绕组为1匝，第三绕组为5匝，1匝绕组的感值约为5uH。
负反馈电路702，用于将噪声电流信号放大且反相后反馈给PFC电路输入端的电感输出级。本实施例提供的负反馈电路用于将噪声电流信号进行反相，反馈到噪声源时，由于噪声源产生的噪声信号与反馈的噪声信号的相位相反，因此，可以互相抵消，从而达到抑制噪声信号的目的。
为了将信号进行负反馈并且放大，可以采用运算放大器以及外围的电阻来实现，即负反馈电路702包括：运算放大器；
由于本申请实施例提供的负反馈电路包括运算放大器，运算放大器属于有源器件，需要为运算放大器提供工作电源，因此，本实施例提供的电源系统还包括：辅助电源（图中未示出）；
辅助电源的输入端用于连接隔离型DCDC电路400的输出端，将隔离型DCDC电路400的输出电压转换后为运算放大器供电。
本申请实施例不具体限定辅助电源的实现形式，例如可以为Buck电路，Buck电路可以按需输出设定电压提供给运算放大器。当运算放大器采用低压运放时，也可以采用线性降压电路获得运放的工作电压。
为了满足预设耐压等级及预设瞬态最大电流扇出能力，本实施例提供的电源系统，还包括：连接在负反馈电路输出端的输出电路；
输出电路包括互补连接的NPN管和PNP管，提供反馈信号的驱动能力。即输出电路，用于对负反馈电路的输出信号进行放大，输出电路也可以包括互补连接的两个MOSFET，或者，包括互补连接的两个IGBT，输出电路所包含的开关管数量也可为多个，本申请对输出电路的具体实现形式不做限定，凡是可以实现信号放大且输出电压、输出电流及工作频率满足预设要求的输出电路形式均在本案保护范围内。
本实施例提供的电源系统，还包括：连接在输出电路的输出端和PFC电路输入端的电感输出级之间的补偿电路；
补偿电路至少包括串联的电容和电阻。
其中，一种可能的实现方式，补偿电路包括三个电容，三个电容的第一端连接为星形，星形的中性点连接补偿电路中的电阻；
例如，三个电容均采用容值小于等于1nF的电容。补偿电路中的电阻可以采用阻值范围为1Ω-10Ω的电阻。
三个电容的第二端连接PFC电路输入端的电感输出级。
另外，参见图7，该图为本申请实施例提供的另一种负反馈电路的示意图。
本实施例提供的噪声负反馈电路，还包括：连接在电流互感器和负反馈电路之间的滤波电路703；
本申请实施例不具体限定滤波电路703的具体实现方式，例如，滤波电路703包括以下中的至少一种：电阻、电感或电容。一种比较简单的实现方式，滤波电路703可以仅包括电感，也可以仅包括电容，也可以包括电感和电容的组合，不限定滤波电路的阶数，可以为一阶滤波，也可以为二阶滤波。例如，主要用于滤除150kHz以下的噪声信号。另外，滤波电路除了包括电感或电容以外，还可以包括电阻，当仅包括滤波电阻时，等效为不滤波。此外，本申请实施例提供的噪声负反馈电路也可以不包括滤波电路，即不滤波也可以。
本申请实施例提供的电源系统，仅需要增加噪声负反馈电路即可，不需要对PFC电路的架构进行改变，因此，通用性较强。而且本申请增加噪声负反馈电路之后，可以有效抑制高频高压的共模干扰信号，因此，交流滤波电路和直流滤波电路都可以变得更加简单，从而可以降低电路面积和体积，降低成本。
参见图8，该图为本申请实施例提供的一种负反馈电路的电路图。
本实施例提供一种负反馈电路和输出电路的具体实现方式，其中，负反馈电路包括：运算放大器A1，第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6，还包括两个电容C8和C9。
运算放大器的正电源端连接电源VCC2，并且正电源端通过串联的R4和R5接地，运算放大器A1的第一输入端通过R2连接输入信号，即电流互感器采样的电流信号，也可以为滤波后的电流信号。运算放大器A1的第二输入端通过串联的R3和C9接地，其中C9通过R4连接VCC2。
运算放大器A1的输出端通过R6连接输出电路的输入端，运算放大器A1的输出端通过并联的C8和R1连接运算放大器A1的第一输入端。
输出电路包括：第一三极管B1、第二三极管B2和第七电阻R7。
B1的基极和B2基极连接在一起连接输出电路的输入端，即通过R6连接运算放大器A1的输出端。B1的集电极通过R7连接VCC1，B2的发射极连接B1的发射极，B2的集电极接地，B1的集电极作为输出电路的输出端，该输出端连接补偿电路的输入端。以上已经介绍，补偿电路可以包括串联的电阻和电容。
图8中仅是以输出电路包括两个三极管为例进行介绍，另外还可以为MOS管或者IGBT管，在此不做具体限定。
基于以上实施例提供的一种电源系统，本申请实施例还提供一种充电装置，下面结合附图进行详细介绍。
参见图9，该图为本申请实施例提供的一种充电装置的示意图。
本实施例提供的充电装置1000，包括以上实施例提供的电源系统704；例如该充电装置可以为电动汽车的充电桩，也可以应用在其他需要直流充电的场合。
电源系统704的输入端用于连接交流电，电源系统704的输出端用于给直流用电设备供电。
本申请提供的充电装置中的电源系统，增加了噪声负反馈电路，噪声负反馈电路的输入端连接隔离型DCDC电路的输出端，用于将采集的噪声电流信号负反馈给PFC电路输入端的电感输出级。将噪声负反馈电路连接在隔离型DCDC电路的输出端，可以将隔离型DCDC电路内部的原边电容和副边电容作为噪声源的内阻，从而可以降低需要补偿的电流量级。将噪声负反馈电路回引到PFC电路输入端的电感输出级，可以将噪声负反馈电路与PFC电路中的电感形成一级滤波电路，从而降低共模噪声。由于本申请提供的充电装置中的噪声负反馈电路可以有效抑制共模噪声信号，因此，可以降低交流滤波电路和直流滤波电路的级数，降低电路的面积和体积，提高整个充电装置的功率密度。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (11)

1.一种电源系统，其特征在于，包括：交流滤波电路、PFC电路、隔离型DCDC电路、直流滤波电路和噪声负反馈电路；
所述交流滤波电路的输入端用于连接交流电，所述交流滤波电路的输出端用于连接PFC电路的输入端，所述PFC电路的输出端用于连接所述隔离型DCDC电路的输入端，所述隔离型DCDC电路的输出端用于连接所述直流滤波电路的输入端；
所述噪声负反馈电路的第一端和第二端分别连接所述隔离型DCDC电路的输出端和所述PFC电路的输入端的电感输出级；
所述噪声负反馈电路，用于采样所述隔离型DCDC电路的输出端的噪声电流信号，对所述噪声电流信号进行处理后，负反馈回所述PFC电路的输入端的电感输出级。
2.根据权利要求1所述的电源系统，其特征在于，所述噪声负反馈电路包括：电流互感器和负反馈电路；
所述电流互感器，用于采集所述隔离型DCDC电路的输出端的噪声电流信号；
所述负反馈电路，用于将所述噪声电流信号放大且反相后反馈给所述PFC电路的输入端的电感输出级。
3.根据权利要求2所述的电源系统，其特征在于，还包括：连接在所述负反馈电路输出端的输出电路；
所述输出电路，用于对所述负反馈电路的输出信号进行放大。
4.根据权利要求3所述的电源系统，其特征在于，还包括：连接在所述输出电路的输出端和所述PFC电路的输入端的电感输出级之间的补偿电路；
所述补偿电路至少包括串联的电容和电阻。
5.根据权利要求4所述的电源系统，其特征在于，所述补偿电路包括三个电容，所述三个电容的第一端连接为星形，所述星形的中性点连接所述补偿电路中的所述电阻；
所述三个电容的第二端连接所述PFC电路的输入端的电感输出级。
6.根据权利要求2-5任一项所述的电源系统，其特征在于，所述噪声负反馈电路还包括：连接在所述电流互感器和所述负反馈电路之间的滤波电路；
所述滤波电路包括以下中的至少一种：电阻、电感或电容。
7.根据权利要求2-5任一项所述的电源系统，其特征在于，所述负反馈电路包括：运算放大器；
所述电源系统包括：辅助电源；
所述辅助电源的输入端用于连接所述隔离型DCDC电路的输出端，将所述隔离型DCDC电路的输出电压转换后为所述运算放大器供电。
8.根据权利要求1-5任一项所述的电源系统，其特征在于，所述交流滤波电路包括：第一电容、第二电容和第一电感；
所述第一电容的两端分别连接所述第一电感的第一端和地，所述第二电容的两端分别连接所述第一电感的第二端和地；
所述第一电感的第一端和第二端分别连接所述交流电和所述PFC电路的输入端。
9.根据权利要求1-5任一项所述的电源系统，其特征在于，所述直流滤波电路包括：第三电容和第二电感；
所述第三电容的两端分别连接所述隔离型DCDC电路的输出端和地；
所述第二电感的第一端连接所述隔离型DCDC电路的输出端，所述第二电感的第二端连接所述电源系统的输出端。
10.一种充电装置，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的电源系统；
所述电源系统的输入端用于连接交流电，所述电源系统的输出端用于给直流用电设备供电。
11.根据权利要求10所述的充电装置，其特征在于，所述充电装置为充电桩。
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