CN116780719A - 一种车载充电器的控制电路、车载充电器和电动车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一种车载充电器的控制电路、车载充电器和电动车，包括降压电路，谐振电路，开关控制电路，其中：所述降压电路电连接电池负载，所述谐振电路电连接所述降压电路，所述开关控制电路分别与所述降压电路和所述谐振电路电连接。降压电路包括功率开关管Q1、功率开关管Q2、电感L1、电容C1。谐振电路包括电容C2、电容C3、电感L2和电感L3。开关控制电路用于控制功率开关管Q1和功率开关管Q2的开启或关闭。通过采用非隔离式电感替代变压器，一方面减小了的线圈体积，另一方面减少了相应的线圈损耗和磁体损耗。通过优化后的拓扑增加了充电功率和充电效率，在体积不变或者小于当前充电装置的前提下搭配高压直流桩将充电功率提升一倍。

Description

一种车载充电器的控制电路、车载充电器和电动车

技术领域

本发明涉及电动车充电器技术领域，具体地涉及一种车载充电器的控制电路、车载充电器和电动车。

背景技术

电动车是指以蓄电池作为辅助能源在普通自行车的基础上，安装了电机、控制器、蓄电池、转把闸把等操纵部件和显示仪表系统的机电一体化的个人交通工具。

在现有技术中，电动车车载充电器主要有2种：2.2kW和3.3KW的交流充电机，分别支持220V/10A的交流输入和330V/10A交流充电机输入。这两种交流充电机的组成包括：整流电路、PFC电路、LLC电路和直流整流电路。这两种充电机在电动车的使用上主要存在两个问题：

第一，在LLC电路和直流整流电路之间需要采用隔离式的拓扑设计，目的是避免整车电气受到交流电网的影响，会导致电动车充电效率的降低和车载充电器体积的增加。

第二，无论2.2kW还是3.3KW的交流充电机主要的电力来源为交流电网，受交流电网终端的限制，功率都偏小。当应用于含有4kWh以上电池的的电动车时，充电需要更长时间。对于电动车的使用用户来说，会使得中长途行程过程中需要花费更长的时间用来中途充电，并且无法利用现有的高压直流充电桩进行快速便利的充电。

在另外一些使用案例中，在交流充电的结构之外又并行增加了直流充电装置，虽然电动车兼容了两种输入源，但是为了兼容交流充电，其结构上仍保留了隔离型的拓扑结构。因此在原有变压器基础上，增加了额外的开关功率管，功率二极管和相应的散热器，体积增加的同时也造成成本的增加和散热设计的难度。

发明内容

本发明提供了一种车载充电器的控制电路，以解决现有技术中存在的隔离式的拓扑设计会导致电动车充电效率的降低和车载充电器体积的增加的问题。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是提供一种车载充电器的控制电路，包括降压电路，谐振电路，开关控制电路，其中：所述降压电路电连接电池负载，所述谐振电路电连接所述降压电路，所述开关控制电路分别与所述降压电路和所述谐振电路电连接。

所述降压电路包括功率开关管Q1、功率开关管Q2、电感L1、电容C1；所述开关管Q1的d极连接所述输入端节点，s极接于所述电感L1的第一极节点；所述电感L1的第二极节点接于所述电容C1和输出端节点；所述功率开关管Q2的s或d极接于所述第一电感线圈的第一极节点。

所述谐振电路包括电容C2、电容C3、电感L2和电感L3；所述电容C2并联接在所述第一开关管Q1的s极和d极；所述电容C3并联接于所述第二开关管Q2的s极和d极；所述电感L2串联接于所述第一电感节点和所述功率开关管Q1之间；所述电感L3串联接于所述第一电感节点和所述功率开关管Q2之间。

所述开关控制电路用于控制所述功率开关管Q1和功率开关管Q2的开启或关闭。

优选地，所述开关控制电路包括隔离驱动器，所述隔离驱动器包括隔离驱动芯片和驱动电路，所述隔离驱动芯片电连接驱动电路；所述隔离驱动器的输出端分别接于所述功率开关管Q1的g极和所述功率开关管Q2的g极。

优选地，所述开关控制电路还包括控制器，所述控制控制器包括控制芯片，控制器的输出端接于所述隔离驱动器的输入端，用于通过隔离驱动器对第一个开关管和第二个开关管进行开关控制。

优选地，所述电容C1处设有电压输出反馈电路和电压侦测装置，用于对所述控制器输出反馈信号。

优选地，所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2的类型为MOSFET、IGBT、SiC三极管或SiC二极管中的一种。

根据本发明的另一方面，提供了一种车载充电器，包括充电插头和所述车载充电器的控制电路。

根据本发明的另一方面，提供了一种电动车，包括电池负载和所述车载充电器，所述电池负载用于通过所述车载充电器进行充电。

本申请提供的一种车载充电器的控制电路，其有益效果在于：本发明通过二个功率开关管，降压输出电感电容组成的降压电路模组；两个谐振电感和两个谐振电容组成的谐振电路；控制芯片、隔离驱动芯片和反馈电路组成的开关控制电路，这三部分组成一种新型的非隔离型直流高压转低压的结构，实现了利用高压直流充电桩进行直流输入时对电池进行充电。

第一，可以通过对拓扑逻辑的创新型使用带来更大的功率和更小的尺寸。第二，通过优化后的拓扑增加了充电功率和充电效率，在体积不变或者小于当前充电装置的前提下搭配高压直流桩将充电功率提升一倍，从而帮助使用者减少充电时间，提高充电效率。第三通过优化后的拓扑逻辑设计减少元件数量，减少成本。

附图说明

为了更清楚的说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，其中：

图1是本发明提供的一种车载充电器的控制电路的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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前提下所获得的所有其他实施例，均属于本发明保护的范围。

参考图1，图1示出了本发明实施例提供的一种车载充电器的控制电路的结构示意图。

在一些实施例中，参考图1，本发明采用的技术方案是提供一种车载充电器的控制电路，包括降压电路，谐振电路，开关控制电路，其中：降压电路电连接电池负载，谐振电路电连接降压电路，开关控制电路分别与降压电路和谐振电路电连接。

降压电路包括功率开关管Q1、功率开关管Q2、电感L1、电容C1。开关管Q1的d极连接输入端节点，s极接于电感L1的第一极节点。电感L1的第二极节点接于电容C1和输出端节点。功率开关管Q2的s或d极接于第一电感线圈的第一极节点。

谐振电路包括电容C2、电容C3、电感L2和电感L3。电容C2并联接在第一开关管Q1的s极和d极。电容C3并联接于第二开关管Q2的s极和d极。电感L2串联接于第一电感节点和功率开关管Q1之间。电感L3串联接于第一电感节点和功率开关管Q2之间。

开关控制电路用于控制功率开关管Q1和功率开关管Q2的开启或关闭。

本发明由三部分组成：

利用两个功率开关管Q1和Q2、降压输出电感L1以及输入、输出电容C0和C1，组成了降压式输出结构，降压电路采用了脉冲宽度调制(PWM)技术，通过控制功率开关管Q1和Q2导通和截止时间来调节输出电压。当功率开关管Q1和Q2导通时，电感储存能量，并将电流传递到输出端；当功率开关管Q1和Q2截止时，电感释放储存的能量，维持输出电压的稳定性。

通过串联的电感L2和电感L3、并联的电容C2和电容C3组成的谐振电路结构，谐振电路在电子电路中作为吸收回路，用以滤除干扰信号，还可以实现频率选择、频率稳定、储能和释能、振荡等多种功能。

以及由控制器、驱动电路和电压输出反馈电路组成的开关控制结构，这三部分构成一种新型的非隔离型直流高压转低压的电路结构，通过采用非隔离式电感替代变压器，一方面减小了的线圈体积，另一方面减少了相应的线圈损耗和磁体损耗。通过优化后的拓扑增加了充电功率和充电效率，在体积不变或者小于当前充电装置的前提下搭配高压直流桩将充电功率提升一倍。

同时由于效率的提高，减小了散热器尺寸和元件数量，因此进一步减小车载充电的尺寸和成本。本专利应用在两轮电动车后，可以兼容直流快充充电桩，方便用户更加容易使用，并且减少充电时间，提高充电效率。

在一些实施例中，开关控制电路包括隔离驱动器，隔离驱动器包括隔离驱动芯片和驱动电路，隔离驱动芯片电连接驱动电路。隔离驱动器的输出端分别接于功率开关管Q1的g极和功率开关管Q2的g极。

示例性地，隔离驱动器通常用于驱动功率半导体器件，如MOSFET和IGBT等元件。隔离驱动器通常由两个部分组成：输入部分和输出部分。输入部分通常由一个隔离变压器和一个驱动电路组成。隔离变压器用于隔离输入和输出电路，从而保护电路中的其他元件。驱动电路用于将输入信号转换为输出信号，并将其传递到输出部分。

隔离驱动器通过控制第一开关管Q1的打开或关闭的频率与串联的电感L2、并联的电容C2产生谐振，控制第二开关管Q2的打开或关断的频率与串联的电感L3和并联的电容C3产生谐振。

在一些实施例中，开关控制电路还包括控制器，控制控制器包括控制芯片，控制器的输出端接于隔离驱动器的输入端，用于通过隔离驱动器对第一个开关管和第二个开关管进行开关控制。

示例性地，本发明中的控制芯片和隔离驱动芯片均采用TIDSP系列或STM32MCU系列的控制芯片。通过增加电容C2、电容C3、电感L2和电感L3的谐振结构与控制器控制调节方式的方案，减少了转换损耗，提高了电动车的充电效率，减少了充电所消耗的时间，此外，这种谐振结构通过控制器控制开关管的开通关断时间，以实现减少损耗尤其是开关损耗，以实现增加效率，

在一些实施例中，电容C1处设有电压输出反馈电路和电压侦测装置，用于对控制器输出反馈信号。

示例性地，控制器通过电压输出反馈电路和电压侦测装置监测输出端的电压，并根据所接收的电压信号对功率开关管Q1和Q2导通和截止时间进行调节。此外，电路中的电压超过额定值时，电压检测继电器会自动判断并通过继电器控制开关等设备，将电压降低到安全范围内，起到着过压保护的作用；当电路中的电压低于额定值时，电压检测继电器可以通过继电器控制开关等设备，自动切断电路，避免因欠压引起的设备损坏和工作不正常，进行欠压保护。

在一些实施例中，功率开关管Q1和功率开关管Q2的类型为MOSFET(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，中文名称为金氧半场效晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，中文名称为绝缘栅双极型晶体管)、SiC(碳化硅)三极管或SiC二极管中的一种。

示例性地，功率开关管具有高效能的特性，能够在电路中快速地开关和控制电流，从而将功率的损失降至。功率开关管的可靠性非常高，其寿命长，可以在极端的环境下使用。功率开关管的成本也非常低，非常适合大规模生产和应用。

根据本发明的另一方面，提供了一种车载充电器，包括充电插头和上述多个实施例所描述的车载充电器的控制电路。

示例性地，上述实施例所描述的的车载充电器的控制电路应用与车载充电器内，可以减少车载充电器体积的增加的问题，车载充电器通过充电插头与电源端和电动车相连接进行充电。

在一些实施方案中，一种电动车，电池负载和上述实施例所描述的的车载充电器。

示例性地，电动车内的电池负载通过带有上述多个实施例所描述的车载充电器的控制电路车载充电器进行充电，可以增加电动车充电效率，从而帮助使用者减少充电时间。

以上所述仅为本发明的实施方式，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所做的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均应携带在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种车载充电器的控制电路，其特征在于，包括降压电路，谐振电路，开关控制电路，其中：

所述降压电路电连接电池负载，所述谐振电路电连接所述降压电路，所述开关控制电路分别与所述降压电路和所述谐振电路电连接。

所述降压电路包括功率开关管Q1、功率开关管Q2、电感L1、电容C1；所述开关管Q1的d极连接所述输入端节点，s极接于所述电感L1的第一极节点；所述电感L1的第二极节点接于所述电容C1和输出端节点；所述功率开关管Q2的s或d极接于所述第一电感线圈的第一极节点。

所述谐振电路包括电容C2、电容C3、电感L2和电感L3；所述电容C2并联接在所述第一开关管Q1的s极和d极；所述电容C3并联接于所述第二开关管Q2的s极和d极；所述电感L2串联接于所述第一电感节点和所述功率开关管Q1之间；所述电感L3串联接于所述第一电感节点和所述功率开关管Q2之间；

所述开关控制电路用于控制所述功率开关管Q1和功率开关管Q2的开启或关闭。

2.根据权利要求1所述的车载充电器的控制电路，其特征在于，所述开关控制电路包括隔离驱动器，所述隔离驱动器包括隔离驱动芯片和驱动电路，所述隔离驱动芯片电连接驱动电路；所述隔离驱动器的输出端分别接于所述功率开关管Q1的g极和所述功率开关管Q2的g极。

3.根据权利要求2所述的车载充电器的控制电路，其特征在于，所述开关控制电路还包括控制器，所述控制控制器包括控制芯片，控制器的输出端接于所述隔离驱动器的输入端，用于通过隔离驱动器对第一个开关管和第二个开关管进行开关控制。

4.根据权利要求1所述的车载充电器的控制电路，其特征在于，所述电容C1处设有电压输出反馈电路和电压侦测装置，用于对所述控制器输出反馈信号。

5.根据权利要求1所述的车载充电器的控制电路，其特征在于，所述功率开关管Q1和所述功率开关管Q2的类型为MOSFET、IGBT、SiC三极管或SiC二极管中的一种。

6.一种车载充电器，其特征在于，包括充电插头和权利要求1-5任一项所述的车载充电器的控制电路。

7.一种电动车，其特征在于，包括电池负载和权利要求6所述的车载充电器，所述电池负载用于通过所述车载充电器进行充电。