CN117728676A - 单级式单相双向变流器及车载充电设备 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种单级式单相双向变流器及车载充电设备。单级式单相双向变流器包括：单级式交流直流转换模块，所述单级式交流直流转换模块具有第一交流输入端口和第二交流输入端口以及第一直流输出端口和第二直流输出端口。根据本申请的技术方案能够在不影响器件使用寿命的情况下，保证功率密度简化电路。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体涉及一种单级式单相双向变流器及。
背景技术
双向变流器是一种用于在交流电源和直流电源之间进行转换的设备。它们通常由一个交流电源输入和一个直流电源输出组成，可以将交流电源转换为直流电源，或者将直流电源转换为交流电源，可以将交流电源的电压改变为所需的电压。
变流器在电力系统中扮演着重要的角色，它们可以帮助电力系统中的电源和负载之间的电压匹配，从而提高电力系统的稳定性和效率。双向变流器通常用于太阳能电池系统、电动汽车、电池储能系统和逆变器系统等。它们可以帮助将不同类型的电源连接在一起，从而使得电力系统更加灵活和可调。
通常用单相全桥电路,前级为Buck-Boost型双向DC-DC变换器实现电池组与母线电压之间的能量传递,后级由单相双向全桥型变换器实现直流母线与交流电网交互。单相全桥型拓扑具有三相全桥拓扑相同的优点，传统全桥电路技术成熟、相匹配的PowerIC和控制策略运用多,但是两级式拓扑不仅需要解耦电容，还会影响寿命和降低功率密度。并且电路中需要多个开关管和驱动，导致电路复杂。
为此，需要一种技术方案，能够在不影响器件使用寿命的情况下，保证功率密度简化电路。
发明内容
本申请旨在提供用于一种单级式单相双向变流器，通过本发明的电路方案设计在不影响器件使用寿命的情况下，保证功率密度并简化电路，实现单级隔离型单相双向变流。
根据本申请的一方面，提供一种单级式单相双向变流器，包括：
单级式交流直流转换模块，所述单级式交流直流转换模块具有第一交流输入端口和第二交流输入端口以及第一直流端口和第二直流端口，所述单级式交流直流转换模块包括：
第一DC-DC变换器，所述第一DC-DC变换器具有第一极性输入端口和第二极性输入端口以及第一极性输出端口和第二极性输出端口，
第二DC-DC变换器，所述第二DC-DC变换器具有第一极性输入端口和第二极性输入端口以及第一极性输出端口和第二极性输出端口，
其中，所述第一DC-DC变换器的第一极性输入端口电连接至所述第一交流输入端口，所述第二DC-DC变换器的第一极性输入端口电连接至所述第二交流输入端口，所述第一DC-DC变换器的第二极性输入端口电连接至所述第二DC-DC变换器的第二极性输入端口；
所述第一DC-DC变换器的第一极性输出端口、所述第二DC-DC变换器的第一极性输出端口电连接至所述第一直流端口，所述第一DC-DC变换器的第二极性输出端口、所述第二DC-DC变换器的第二极性输出端口电连接至所述第二直流端口。
根据一些实施例，所述单级式单相双向变流器还包括：
交流侧滤波模块，电连接于交流电源输入端口与所述单级式交流直流转换模块之间，其中所述交流侧滤波模块共用所述单级式交流直流转换模块的半桥电容。
根据一些实施例，所述单级式单相双向变流器还包括：
直流侧滤波器，电连接于所述第一直流端口与所述第二直流端口之间。
根据一些实施例，所述第一DC-DC变换器包括第一隔离变压器；
所述第二DC-DC变换器包括第二隔离变压器；
所述第一隔离变压器和所述第二隔离变压器共用副边。
根据一些实施例，所述第一隔离变压器和所述第二隔离变压器为高频隔离变压器。
根据一些实施例，在所述单相交流电压信号的正半周，所述第一DC-DC变换器工作于DC-DC模态，所述第二DC-DC变换器处于短接模态；
在所述单相交流电压信号的负半周，所述第二DC-DC变换器工作于DC-DC模态，所述第一DC-DC变换器处于短接模态。
根据一些实施例，在所述单相交流电压信号的正半周，所述第二DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口短接，所述第一DC-DC变换器的第二极性输入端口通过所述第二DC-DC变换器短接至所述第二交流输入端口；
在所述单相交流电压信号的负半周，所述第一DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口短接，所述第二DC-DC变换器的第二极性输入端口通过所述第一DC-DC变换器短接至所述第一交流输入端口。
根据一些实施例，所述第一极性输入端口为正极输入端口或负极输入端口，所述第二极性输入端口相应地为负极输入端口或正极输入端口。
根据一些实施例，所述第一DC-DC变换器包括第一开关元件、第二开关元件、第一电容器和第二电容器构成的半桥电路以及第一隔离变压器，其中：
所述第一开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第一开关元件导通或关闭；
所述第二开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第二开关元件导通或关闭；
所述第二开关元件与所述第一开关元件串联连接在所述第一DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间，所述第一电容器与所述第二电容器串联连接在所述第一DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间；
所述第一隔离变压器的原边绕组连接在所述第二开关元件与所述第一开关元件之间的串联节点和所述第一电容器与所述第二电容器的串联节点之间；
所述第二DC-DC变换器包括：第三开关元件、第四开关元件、第三电容器和第四电容器构成的半桥电路以及第二隔离变压器，其中：
所述第三开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第一开关元件导通或关闭；
所述第四开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第二开关元件导通或关闭；
所述第三开关元件与所述第四开关元件串联连接在所述第二DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间，所述第三电容器与所述第四电容器串联连接在所述第二DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间；
所述第二隔离变压器的原边绕组连接在所述第三开关元件与所述第四开关元件之间的串联节点和所述第三电容器与所述第四电容器的串联节点之间；
所述第一隔离变压器与所述第二隔离变压器共用副边绕组。
根据本申请的另一方面，提供一种车载充电设备，包括：
所述车载充电设备应用上述的单级式单相双向变流器电路。
根据本申请的实施例，通过应用单级式电路结构，以及所述交流滤波器与所述单级式交流直流转换模块共用半桥电容，简化了电路结构，降低了功率损耗。应用高频隔离式变压器不仅提高了电路的安全性，更能够在降噪的同时提高电能质量。更有两种实现电路的连接方式，能够使电路适应不同应用场景。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本申请。
附图说明
为了更清楚地说明本申请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。
图1示出根据示例实施例的单级式隔离型单相双向变流器的装置示意图。
图2示出根据示例实施例的单级式隔离型单相双向变流器的原边共正接法示意图。
图3示出根据示例实施例的单级式隔离型单相双向变流器的原边共负接法示意图。
图4示出根据示例实施例的单级式隔离型单相双向变流器的原边共负接法关键电压波形图。
图5示出根据示例实施例的单级式隔离型单相双向变流器的原边共负接法PFC电流注入波形图。
图6示出根据示例实施例的单级式隔离型单相双向变流器的原边共负接法电路示例图
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而，示例实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施例；相反，提供这些实施例使得本申请将全面和完整，并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。
此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下，不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体，不一定必须与物理上独立的实体相对应。即，可以采用软件形式来实现这些功能实体，或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体，或在不同网络和/或处理装置和/或微控制装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明，不是必须包括所有的内容和操作/步骤，也不是必须按所描述的顺序执行。例如，有的操作/步骤还可以分解，而有的操作/步骤可以合并或部分合并，因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
应理解，虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件，但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此，下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本申请概念的教示。如本文中所使用，术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。
本申请所涉及的用户信息(包括但不限于用户设备信息、用户个人信息等)和数据(包括但不限于用于分析的数据、存储的数据、展示的数据等)，均为经用户授权或者经过各方充分授权的信息和数据，并且相关数据的收集、使用和处理需要遵守相关国家和地区的相关法律法规和标准，并提供有相应的操作入口，供用户选择授权或者拒绝。
本领域技术人员可以理解，附图只是示例实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的，因此不能用于限制本申请的保护范围。
双向变流器通常用于太阳能电池系统、电动汽车、电池储能系统和逆变器系统等。它们可以帮助将不同类型的电源连接在一起，从而使得电力系统更加灵活和可调。
通常用单相全桥电路,前级为Buck-Boost型双向DC-DC变换器实现电池组与母线电压之间的能量传递,后级由单相双向全桥型变换器实现直流母线与交流电网交互。单相全桥型拓扑具有三相全桥拓扑相同的优点，传统全桥电路技术成熟、相匹配的PowerIC和控制策略运用多,但是两级式拓扑不仅需要解耦电容，还会影响寿命和降低功率密度。并且电路中需要多个开关管和驱动，导致电路复杂。
因此，需要一种技术方案，能够在不影响器件使用寿命的情况下，保证功率密度简化电路。
下面结合附图对本申请的示例实施例进行说明。
图1示出根据示例实施例的单级式隔离型单相双向变流器的装置示意图。
在描述本申请的双向变流器时，虽然使用了输入端口、输出端口这样的术语，但易于理解，当双向变流器在另一个方向工作时，输入端口将变为输出端口，同时输出端口将变为输入端口。因此，在本申请中，为表达简洁起见，输入端口也可表示输出端口，同时输出端口将表示输入端口。
参见图1，图中示出一种单级式单相双向变流器，包括：
单级式交流直流转换模块1002所述单级式交流直流转换模块1002具有第一交流输入端口L和第二交流输入端口N以及第一直流端口X和第二直流端口Y。
根据一些实施例，所述单级式交流直流转换模块1002用于将交流电源输入转化为直流输出，所述单级式交流直流转换模块1002具有第一交流输入端口L和第二交流输入端口N以及第一直流端口X和第二直流端口Y，所述第一交流输入端口L和所述第二交流输入端口N之间输入单相交流电压信号，所述第一直流端口X和所述第二直流端口Y之间输出直流电压信号。
如图1所示，所述单级式交流直流转换模块包括：
第一DC-DC变换器10021，所述第一DC-DC变换器10021具有第一极性输入端口和第二极性输入端口以及第一极性输出端口和第二极性输出端口。
根据一些实施例，所述第一DC-DC变换器10021具有第一极性输入端口和第二极性输入端口，所述第一极性输入端口和第二极性输入端口为交流输入端口，可接入交流电源。
根据一些实施例，所述第一DC-DC变换器10021还有第一极性输出端口和第二极性输出端口，所述第一极性输出端口和第二极性输出端口为直流端口，可用于直流电源的输入或输出。
第二DC-DC变换器10022，所述第二DC-DC变换器10022具有第一极性输入端口和第二极性输入端口以及第一极性输出端口和第二极性输出端口。
根据一些实施例，所述第二DC-DC变换器10022具有第一极性输入端口和第二极性输入端口，所述第一极性输入端口和第二极性输入端口为交流输入/输出端口，可用于接入交流电源或用于交流输出。
根据一些实施例，所述第二DC-DC变换器10022还有以及第一极性输出端口和第二极性输出端口，所述第一极性输出端口和第二极性输出端口为直流端口，用于直流电源的输入或输出。
其中，所述第一DC-DC变换器10021的第一极性输入端口电连接至所述第一交流输入端口L，所述第二DC-DC变换器10022的第一极性输入端口电连接至所述第二交流输入端口N，所述第一DC-DC变换器10021的第二极性输入端口电连接至所述第二DC-DC变换器10022的第二极性输入端口。
根据一些实施例，所述第一DC-DC变换器10021的第一极性输入端口电连接至所述第一交流输入端口L；所述第二DC-DC变换器10022的第一极性输入端口电连接至所述第二交流输入端口N，作为所述单级式交流直流转换模块1002的交流输入端口，用于交流电源的接入及交流电的输出。将所述第一DC-DC变换器10021与第二DC-DC变换器10022的第二极性输入端口相连接，完成所述单级式交流直流转换模块1002的内部连接。
所述第一DC-DC变换器10021的第一极性输出端口、所述第二DC-DC变换器10022的第一极性输出端口电连接至所述第一直流端口，所述第一DC-DC变换器10021的第二极性输出端口、所述第二DC-DC变换器10022的第二极性输出端口电连接至所述第二直流端口。
根据一些实施例，所述第一DC-DC变换器10021的第一极性输出端口电连接至所述第二DC-DC变换器10022的第一极性输出端口，作为所述单级式交流直流转换模块1002的第一直流端口X。所述第一DC-DC变换器10021的第二极性输出端口电连接至所述第二DC-DC变换器10022的第二极性输出端口，作为所述单级式交流直流转换模块1002的第二直流端口Y。
如图1所示，所述单级式单相双向变流器还包括：所述交流侧滤波模块1001，电连接于交流电源AC输入端口与所述单级式交流直流转换模块1002之间，其中所述交流侧滤波模块1001共用所述单级式交流直流转换模块1002的半桥电容。
根据一些实施例，所述交流侧滤波模块1001连接在交流电源AC输入端口与所述单级式交流直流转换模块1002之间，用于电路中谐波的滤除。其中所述交流侧滤波模块1001共用所述单级式交流直流转换模块1002的半桥电容，所以在实际电路中，可直接应用电感实现所述交流侧滤波模块1001功能，其中电感与所述半桥电容构成LC滤波器滤除电路中的谐波。
如图1所示，所述单级式单相双向变流器还包括：直流侧滤波器1003，电连接于所述第一直流端口与所述第二直流端口之间。
根据一些实施例，所述直流侧滤波器1003电连接在所述第一直流端口与所述第二直流端口之间，用于对输出的直流电进行整流滤波。
根据一些实施例，交流侧滤波模块1001用于电路中谐波的滤除，所述交流电源AC的两端电连接到所述交流侧滤波模块1001得到除噪后的交流电源后，再对外提供交流电源。将所述除噪后的交流电源的两端电连接到所述单级式交流直流转换模块1002，在所述单级式交流直流转换模块1002中，对来自交流电源AC的交流电进行交流直流转换。将转换完成的直流电输出到所述直流侧滤波器1003中，降低直流输出线路的干扰后，对外直接输出直流电。
根据一些实施例，同样地，直流电源DC也可通过所述单级式单相双向变流器实现向外输出交流电。所述直流电源DC经过所述直流无源滤波模块1003滤除直流输出线路干扰，之后输入到所述单级式交流直流转换模块1002中，将直流电转化成交流电，再经过所述交流侧滤波模块1001除去电路中的谐波，最终对外输出可使用的交流电源。
所述第一DC-DC变换器包括第一隔离变压器；所述第二DC-DC变换器包括第二隔离变压器；所述第一隔离变压器和所述第二隔离变压器共用副边。
根据一些实施例，所述第一DC-DC变换器及所述第二DC-DC变换器包括隔离模块，所述隔离模块包括交流侧和直流侧，将所述单级式交流直流转换模块的输出通过隔离方式在所述交流侧与所述直流侧之间相互传递，所述直流侧电连接至所述直流侧滤波器。所述第一隔离变压器和所述第二隔离变压器共用副边,也就是说，所述第一隔离变压器和所述第二隔离变压器共用相同的直流侧，用于输出直流电。
所述第一隔离变压器和所述第二隔离变压器为高频隔离变压器。
根据一些实施例，所述第一隔离变压器和所述第二隔离变压器为高频隔离变压器。高频隔离变压器能够避免在偶发时接触到带电体。与所有变压器一样，高频隔离变压器是一种变压器输入绕组和输出绕组采用电气隔离的变压器，但在变压器通常使用绕组中的电磁感应将电流或电压(AC)从一个电平转换到另一个电平的情况下，隔离变压器上的绕组保持分离并确保故障不会沿级转移。像许多其他电气设备一样，使用隔离变压器最明显的优势是安全方面。隔离变压器可提高安全性并保护用于高依赖性应用的关键设备。隔离变压器在降低噪音方面也很有效，他们的智能设计自然地过滤了噪音，并且使用屏蔽来防止电场中断电力流动。不仅如此，隔离变压器还能够提高电能质量。在实际电路中，可根据实际负载设备类型和启动方式来核算出高频隔离变压器的容量参数，进行实际选型。
根据一些实施例，所述交流直流转换单元1002中所述第一DC-DC变换器及所述第二DC-DC变换器各包括一组场效应管，连接源极和漏极串联在电路中作为开关使用。应用所述场效应管的导通截止条件及所应用的场效应管沟道类型，在电路中实现对交流电的整流。
根据一些实施例，场效应管的主要优点是具有较低的导通压降和较高的开关速度,能够更高效地将交流电转换为直流电。同时,场效应管的输入电阻较高,不会对输入信号造成太大的负载影响。因此，在一些对效率和响应速度要求较高的应用中，可以选择场效应管作为整流电路的关键器件。
图2示出根据示例实施例的单级式隔离型单相双向变流器的原边共正接法示意图。
图3示出根据示例实施例的单级式隔离型单相双向变流器的原边共负接法示意图。
参见图2及图3，根据所述第一DC-DC变换器10021及第二DC-DC变换器10022内部电路不同，所述单级式交流直流转换模块1002有原边共正极电路和/或原边共负极电路两种不同连接方式。所述原边共正极电路连接方式为将两组交流直流转换单元场效应管中的漏极输入端短接；所述原边共负极电路连接方式为将两组交流直流转换单元场效应管中的源极输入端短接。
根据一些实施例，根据所述第一DC-DC变换器10021及第二DC-DC变换器10022内部电路不同，所述单级式交流直流转换模块1002有原边共正极电路和/或原边共负极电路两种不同连接方式。
根据一些实施例，所述原边共正极电路连接方式为将两组交流直流转换单元场效应管中的漏极输入端短接，在实际电路连接中，所述第一DC-DC变换器10021及第二DC-DC变换器10022有相似的电路连接方式，其中的场效应管的连接方向有源极连接到交流输入端或漏极连接到输入端两种不同方式，将所述场效应管中的漏极输入端短接构成所述单级式交流直流转换模块1002。相应的，所述原边共负极电路连接方式则为将两组交流直流转换单元场效应管中的源极输入端短接。
所述整流滤波模块为场效应管整流桥，更好的实现直流线路中的干扰抑制。
根据一些实施例，所述整流滤波模块为场效应管桥式整流器，是用四个MOS场效应管取代整流二极管组成的全波整流电路，以其导通时的低内阻特性，有效地提高了低电压整流电路的效率。
图4示出根据示例实施例的单级式隔离型单相双向变流器的原边共负接法关键电压波形图。
图5示出根据示例实施例的单级式隔离型单相双向变流器的原边共负接法PFC电流注入波形图。
在所述单相交流电压信号的正半周，所述第一DC-DC变换器工作于DC-DC模态，所述第二DC-DC变换器处于短接模态；在所述单相交流电压信号的负半周，所述第二DC-DC变换器工作于DC-DC模态，所述第一DC-DC变换器处于短接模态。
根据一些实施例，参见图4中的电路架构图及电压波形图，图中ULN为交流电源输入波形，ULO、UNL分别为电路中L、O和N、O两端的电压,在ULN的正半周，所述第一DC-DC变换器工作于DC-DC模态，ULO随着交流电压的输入减小而减小，相对应的,参见图5的电流波形图，电流ILO也同样随着输入电压ULO的减小而减小。所述第二DC-DC变换器处于短接模态，电压值ULO及电流值ILO均保持为0。
根据一些实施例，同样的，参见图4中的电路架构图及电压波形图、图5中的电流波形图。在ULN的负半周，所述第二DC-DC变换器工作于DC-DC模态，UNO随着交流电压的输入变化而变化，电流INO也同样随着输入电压ULN的变化而变化。相应的，所述第一DC-DC变换器处于短接模态，电压值UNO及电流值INO均保持为0。
根据一些实施例，在交流电压ULN为正的情况下，所述第一DC-DC变换器工作于DC-DC模态，控制电路中的电压及电流，所述第二DC-DC变换器处于短接模态；在交流电压ULN为负的情况下，所述第二DC-DC变换器工作于DC-DC模态，控制电路中的电压及电流，所述第一DC-DC变换器处于短接模态。在交流电压ULN的整个正弦周期中，所述第一DC-DC变换器与所述第二DC-DC变换器在正负半周交替工作，实现变流器的交流直流功率转换工作。
根据一些实施例，在所述单相交流电压信号的正半周，所述第二DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口短接，即所述第二DC-DC变换器处于短接模态。所述第一DC-DC变换器的第二极性输入端口通过所述第二DC-DC变换器短接至所述第二交流输入端口；在所述单相交流电压信号的负半周，所述第一DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口短接，即所述第一DC-DC变换器处于短接模态。所述第二DC-DC变换器的第二极性输入端口通过所述第一DC-DC变换器短接至所述第一交流输入端口。
所述第一极性输入端口为正极输入端口或负极输入端口，所述第二极性输入端口相应地为负极输入端口或正极输入端口。
根据一些实施例，所述第一DC-DC变换器和所述第二DC-DC变换器中的所述第一极性输入端口与所述第二极性输入端口构成交流输入端口，其中，第一极性输入端口为正极输入端口或负极输入端口，所述第二极性输入端口相应地为负极输入端口或正极输入端口。
图6示出根据示例实施例的单级式隔离型单相双向变流器的原边共负接法电路示例图。
参见图6，所述的单级式单相双向变流器，包括：
所述第一DC-DC变换器包括第一开关元件、第二开关元件、第一电容器和第二电容器构成的半桥电路以及第一隔离变压器，其中：所述第一开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第一开关元件导通或关闭；所述第二开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第二开关元件导通或关闭。
所述第二开关元件与所述第一开关元件串联连接在所述第一DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间，所述第一电容器与所述第二电容器串联连接在所述第一DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间。
所述第一隔离变压器的原边绕组连接在所述第二开关元件与所述第一开关元件之间的串联节点和所述第一电容器与所述第二电容器的串联节点之间。
根据示例实施例，所第一、第二开关元件为场效应管100211、100212，所述场效应管串联在所述第一DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间，当所述第一DC-DC变换器工作于DC-DC模态，所述场效应管100211、100212接收控制信号进行交替开关，实现DC-DC转换，向所述第一隔离变压器输送电能。
所述第二DC-DC变换器包括：第三开关元件、第四开关元件、第三电容器和第四电容器构成的半桥电路以及第二隔离变压器，其中：
所述第三开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第三开关元件导通或关闭；
所述第四开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第四开关元件导通或关闭；
所述第三开关元件与所述第四开关元件串联连接在所述第二DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间，所述第三电容器与所述第四电容器串联连接在所述第二DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间；
所述第二隔离变压器的原边绕组连接在所述第三开关元件与所述第四开关元件之间的串联节点和所述第三电容器与所述第四电容器的串联节点之间；
所述第一隔离变压器与所述第二隔离变压器共用副边绕组。
根据一些实施例，同样地，所第三、第四开关元件为场效应管100221、100222，所述场效应管串联在所述第二DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间，当所述第二DC-DC变换器工作于DC-DC模态，所述场效应管100221、100222接收控制信号进行交替开关，实现DC-DC转换，向所述第二隔离变压器输送电能。
根据一些实施例，所述第一隔离变压器与所述第二隔离变压器共用副边绕组，使实体电路结构更加简单，更加适应实际场景对于电路应用空间要求。在一些特殊应用场景下，也可以不采用共用副边组绕的电路模式，用户可根据具体场景判断。
根据图6中的示例，所述单级式隔离型单相双向变流器可以按照图6中所示的电路连接方式实现，图中所使用的电路连接方式为所述原边共负电路连接方式。
根据图6中的示例，所述交流侧滤波模块1001可应用图中电感实现功能，电感与所述单级式交流直流转换模块1002中的半桥电容相互作用，构成LC滤波器结构，除去电路中的谐波。本设计中，省去了所述交流侧滤波模块中的电容器，采用与所述单级式交流直流转换模块共用半桥电容的形式，简化了电路，减小了功率损耗。
根据图6中的示例，在所述交流直流转换模块1002采用所述原边共负电路连接方式，所述场效应管100211、100212漏极作为交流电能输入端。场效应管100212的源极与场效应管100222的源极相连接。
根据图6中的示例，所述整流滤波模块1003由四个场效应管组成的全波整流电路，有效地提高了低电压整流电路的效率。
根据一些实施例，与传统的整流电路相比，应用场效应管作为整流开关的同时应用场效应管整流桥，以其导通时的低内阻特性，有效地提高了低电压整流电路的效率。应用高频隔离式变压器能够避免在偶发时接触到带电体，确保故障不会沿级转移，提高了安全性并保护用于高依赖性应用的关键设备。隔离变压器还能够在降噪的同时提高电能质量。
根据一些实施例，本发明可应用于车载充电设备，所述车载充电设备能够应用上述的单级式单相双向变流器电路的设计。
根据一些实施例，本发明设计解决了多级变流器中的电容耦合问题，实现了与滤波器共用半桥电容，实现了单级式的单相变流器设计，比传统电路更加简单，降低了功率损耗。
需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些服务接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
以上具体地展示和描述了本申请的示例性实施例。应可理解的是，本申请不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法；相反，本申请意图涵盖包含在所附条款的精神和范围内的各种修改和等效设置。
Claims (10)
1.一种单级式单相双向变流器，其特征在于，包括：
单级式交流直流转换模块，所述单级式交流直流转换模块具有第一交流输入端口和第二交流输入端口以及第一直流端口和第二直流端口，所述单级式交流直流转换模块包括：
第一DC-DC变换器，所述第一DC-DC变换器具有第一极性输入端口和第二极性输入端口以及第一极性输出端口和第二极性输出端口；
第二DC-DC变换器，所述第二DC-DC变换器具有第一极性输入端口和第二极性输入端口以及第一极性输出端口和第二极性输出端口；
其中，所述第一DC-DC变换器的第一极性输入端口电连接至所述第一交流输入端口，所述第二DC-DC变换器的第一极性输入端口电连接至所述第二交流输入端口，所述第一DC-DC变换器的第二极性输入端口电连接至所述第二DC-DC变换器的第二极性输入端口；
所述第一DC-DC变换器的第一极性输出端口、所述第二DC-DC变换器的第一极性输出端口电连接至所述第一直流端口，所述第一DC-DC变换器的第二极性输出端口、所述第二DC-DC变换器的第二极性输出端口电连接至所述第二直流端口。
2.根据权利要求1所述的单级式单相双向变流器，其特征在于，还包括：
交流侧滤波模块，电连接于交流电源输入端口与所述单级式交流直流转换模块之间，其中所述交流侧滤波模块共用所述单级式交流直流转换模块的半桥电容。
3.根据权利要求1所述的单级式单相双向变流器，其特征在于，还包括：
直流侧滤波器，电连接于所述第一直流端口与所述第二直流端口之间。
4.根据权利要求1所述的单级式单相双向变流器，其特征在于，
所述第一DC-DC变换器包括第一隔离变压器；
所述第二DC-DC变换器包括第二隔离变压器；
所述第一隔离变压器和所述第二隔离变压器共用副边。
5.根据权利要求4所述的单级式单相双向变流器，其特征在于，所述第一隔离变压器和所述第二隔离变压器为高频隔离变压器。
6.根据权利要求1所述的单级式单相双向变流器，其特征在于，
在所述单相交流电压信号的正半周，所述第一DC-DC变换器工作于DC-DC模态，所述第二DC-DC变换器处于短接模态；
在所述单相交流电压信号的负半周，所述第二DC-DC变换器工作于DC-DC模态，所述第一DC-DC变换器处于短接模态。
7.根据权利要求6所述的单级式单相双向变流器，其特征在于，
在所述单相交流电压信号的正半周，所述第二DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口短接，所述第一DC-DC变换器的第二极性输入端口通过所述第二DC-DC变换器短接至所述第二交流输入端口；
在所述单相交流电压信号的负半周，所述第一DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口短接，所述第二DC-DC变换器的第二极性输入端口通过所述第一DC-DC变换器短接至所述第一交流输入端口。
8.根据权利要求1所述的单级式单相双向变流器，其特征在于，所述第一极性输入端口为正极输入端口或负极输入端口，所述第二极性输入端口相应地为负极输入端口或正极输入端口。
9.根据权利要求1所述的单级式单相双向变流器，其特征在于，
所述第一DC-DC变换器包括第一开关元件、第二开关元件、第一电容器和第二电容器构成的半桥电路以及第一隔离变压器，其中：
所述第一开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第一开关元件导通或关闭；
所述第二开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第二开关元件导通或关闭；
所述第二开关元件与所述第一开关元件串联连接在所述第一DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间，所述第一电容器与所述第二电容器串联连接在所述第一DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间；
所述第一隔离变压器的原边绕组连接在所述第二开关元件与所述第一开关元件之间的串联节点和所述第一电容器与所述第二电容器的串联节点之间；
所述第二DC-DC变换器包括：第三开关元件、第四开关元件、第三电容器和第四电容器构成的半桥电路以及第二隔离变压器，其中：
所述第三开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第三开关元件导通或关闭；
所述第四开关元件具有第一端、第二端及控制端，所述控制端控制所述第四开关元件导通或关闭；
所述第三开关元件与所述第四开关元件串联连接在所述第二DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间，所述第三电容器与所述第四电容器串联连接在所述第二DC-DC变换器的第一极性输入端口和第二极性输入端口之间；
所述第二隔离变压器的原边绕组连接在所述第三开关元件与所述第四开关元件之间的串联节点和所述第三电容器与所述第四电容器的串联节点之间；
所述第一隔离变压器与所述第二隔离变压器共用副边绕组。
10.一种车载充电设备，其特征在于，包括根据权利要求1-9任一项所述的单级式单相双向变流器。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311588571.7A CN117728676A (zh) | 2023-11-24 | 2023-11-24 | 单级式单相双向变流器及车载充电设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
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| CN117728676A true CN117728676A (zh) | 2024-03-19 |
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Family Applications (1)
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| CN202311588571.7A Pending CN117728676A (zh) | 2023-11-24 | 2023-11-24 | 单级式单相双向变流器及车载充电设备 |
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2023
- 2023-11-24 CN CN202311588571.7A patent/CN117728676A/zh active Pending
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