CN202634278U - 电动汽车充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型是有关一种电动汽车充电装置，包括：软开关功率变换电路，且该软开关功率变换电路包括：全桥移相功率变换主电路、LLC谐振电路、整流电路及滤波电路；全桥移相功率变换主电路包括串接成回路的四个开关管和变压器，两个相邻的开关管形成开关前臂，另两个开关管形成开关后臂；LLC谐振电路与开关前臂的中心点和开关后臂的中心点分别连接，LLC谐振电路包括变压器的励磁电感；整流电路包括变压器的副边，整流电路与滤波电路连接。本实用新型的软开关功率变换电路可使变压器原边的开关管和副边的整流二极管均工作于零电压或者零电流切换方式，彻底的实现了零电压和零电流开通和关断电路，进一步减小了软开关功率变换电路的开关损耗。

Description

电动汽车充电装置

技术领域

本实用新型涉及充电技术，特别是涉及一种电动汽车充电装置。

背景技术

在电动汽车充电装置中通常会涉及到开源电源技术。开源电源根据技术架构的不同可以由硬开关功率变换电路或软开关功率变换电路来实现。

硬开关功率变换电路（如开关管等）是在承受电压或电流的情况下导通或关断电路的，从而在基于硬开关功率变换的导通和关断电路的过程中会产生较大的损耗，即所谓开关损耗。由于在电源的工作状态一定时，硬开关功率变换电路开通或关断电路一次所产生的损耗也是一定的，因此基于硬开关功率变换的开关电路的频率越高，开关损耗也就越大。另外，基于硬开关功率变换的开通或关断电路的过程还会激起电路分布电感和寄生电容的振荡，由此会带来附加损耗，并产生电磁干扰。由上述描述可知，基于硬开关功率变换的导通关断电路的频率不能太高，且还需要在电路中采取防止电磁干扰的措施。

软开关功率变换电路（也可以称为零电压零电流软开关功率变换器或者软开关功率变换器件）在开通或者关断电路的过程中，要么是加于其上的电压为零（即零电压开关电路），要么是通过其的电流为零（即零电流开关电路）。这种开关电路的方式非常显著地减小了开通关断电路过程中的开关损耗以及所激起的电路振荡，因此，软开关电源可以大幅度地提高开通关断电路的频率，为开关电源器件小型化且高效率创造了条件，是具有发展前景的开关电源技术。

发明人在实现本实用新型过程中发现：虽然软开关功率变换电路的实现方式有多种，而且，各种实现方式通过不断的技术优化处理，使软开关功率变换电路可以较好的工作于零电压或零电流切换方式，即软开关功率变换电路中的变压器的原边的开关管工作于零电压或零电路切换方式，但是软开关功率变换电路中的变压器的副边的整流二极管却始终是以强迫关断的方式工作的，而不能工作于零电压或者零电流方式，从而存在着反向恢复问题；在强迫关断过程中，由于会出现较大的电流变化率（di/dt），因此会产生很大的反向恢复电压和电流尖峰，从而导致整流二极管的功率损耗增大。

有鉴于上述现有的软开关功率变换电路存在的技术问题，发明人基于从事此类产品设计制造多年丰富的实务经验及专业知识，并配合学理的运用，积极加以研究创新，以期创设一种具有新型结构的软开关功率变换电路的电动汽车充电装置，能够克服现有的软开关功率变换电路实现方式存在的技术问题，使其更具实用性。经过不断的研究设计,并经过反复试作样品及改进后，终于创设出确具实用价值的本实用新型。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，克服现有的软开关功率变换电路存在的技术问题，而提供一种具有新型结构的软开关功率变换电路的电动汽车充电装置，所要解决的技术问题是，使软开关功率变换电路中的变压器的原边的开关管和副边的整流二极管均工作于零电压或者零电流切换方式，使软开关功率变换电路彻底的实现零电压和零电流开通和关断电路，从而进一步减小软开关功率变换电路的开关损耗。

本实用新型的目的及解决其技术问题可采用以下的技术方案来实现。

依据本实用新型提出的一种电动汽车充电装置，包括：软开关功率变换电路，所述软开关功率变换电路包括：全桥移相功率变换主电路、LLC谐振电路、整流电路以及滤波电路；该全桥移相功率变换主电路包括：变压器、串接成回路的四个开关管S1、S2、S3和S4，其中两个相邻的开关管形成开关前臂，另外两个开关管形成开关后臂，所述变压器设置于所述开关前臂的中心点和开关后臂的中心点之间；所述LLC谐振电路与所述开关前臂的中心点和开关后臂的中心点分别连接，且所述LLC谐振电路包括所述变压器的励磁电感Lm；所述整流电路包括所述变压器的副边，且所述整流电路与所述滤波电路连接。

本实用新型的目的以及解决其技术问题还可以采用以下的技术措施来进一步实现。

较佳的，前述的电动汽车充电装置，其中开关管包括：场效应晶体管。

较佳的，前述的电动汽车充电装置，其中所述LLC谐振电路包括：串联的电感LS、所述变压器的励磁电感Lm以及电容Cs。

较佳的，前述的电动汽车充电装置，其中所述整流电路包括：整流二极管D1、D2、D3和D4以及所述变压器的副边，整流二极管D1和D2串联后，与串联的整流二极管D3和D4并联，所述变压器的副边一方面连接于串联的整流二极管D1和D2之间，另一方面连接于串联的整流二极管D3和D4之间。

较佳的，前述的电动汽车充电装置，其中所述的滤波电路包括：电容Co、电解电容Eo以及光敏电阻RL，所述电容Co、电解电容Eo和光敏电阻RL这三者间相互并联。

较佳的，前述的电动汽车充电装置，其中所述软开关功率变换电路还包括：电容Cs1、Cs2、Cs3和Cs4，所述电容Cs1与开关管S1并联，所述电容Cs2与开关管S2并联，所述电容Cs3与开关管S3并联，所述电容Cs4与开关管S4并联。

借由上述技术方案，本实用新型的电动汽车充电装置至少具有下列优点及有益效果：本实用新型通过利用串联为回路的四个开关管形成全桥移相功率变换主电路，并在开关前臂的中心点和开关后臂的中心点之间设置LLC谐振电路，形成了一种新型的全桥移相LLC谐振软开关功率变换技术的电路拓扑结构，该电路拓扑结构是一种四开关和双半波组合结构，该结构充分利用了电路本身的特征，使不同电路结构的性能优势进行互补，从而形成一种混合调制方式，通过调节导通时间的振荡频率来完成调节并稳定输出电压的幅度，进而使变压器原边的开关管和副边的整流二极管电路均能实现零开关损耗；最终本实用新型的电动汽车充电装置中的软开关功率变换电路彻底实现了零电压和零电流开通和关断电路，进一步减小了软开关功率变换电路的开关损耗，非常适于实用。

综上所述，本实用新型在技术上有显著的进步，并具有明显的积极技术效果，成为一新颖、进步、实用的新设计。

上述说明仅是本实用新型技术方案的概述，为了能够更清楚了解本实用新型的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本实用新型的上述和其他目的、特征以及优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例,并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1为本实用新型的电动汽车充电装置中的软开关功率变换电路的电路示意图。

具体实施方式

为更进一步阐述本实用新型为达成预定实用新型目的所采取的技术手段及功效,以下结合附图及较佳实施例，对依据本实用新型提出的电动汽车充电装置其具体实施方式、结构、特征及其功效，详细说明如后。

现有的电动汽车充电装置通常都包含有保护电路、监控电路、辅助电源以及软开关功率变换电路等部分。其中的保护电路可以包括：输入过欠压电路、输出过欠压电路、输出过流保护电路、输出短路保护、输入过流保护电路、输入缺相保护电路以及过温保护电路等；其中的监控电路可以包括：输出电压控制电路和输出电流控制电路等。由于本实用新型主要是对电动汽车充电装置中的软开关功率变换电路进行了改进，因此，在本实施方式中只对软开关功率变换电路的具体结构进行说明，而电动汽车充电装置的具体结构以及电动汽车充电装置中除软开关功率变换电路之外的其他电路部分的具体结构在此不作详细说明。

本实施例的电动汽车充电装置中的软开关功率变换电路的电路结构如附图1所示。

图1中示出的软开关功率变换电路主要包括：全桥移相功率变换主电路、LLC谐振电路、整流电路、滤波电路以及四个电容Cs1、Cs2、Cs3和Cs4。

上述的全桥移相功率变换主电路主要包括：变压器T和四个开关管S1、S2、S3和S4，这四个开关管串接成回路；其中，开关管S1和S2形成软开关功率变换电路的开关前臂，且另外的两个开关管即开关管S3和S4形成软开关功率变换电路的开关后臂。开关前臂和开关后臂形成了全桥移相功率开关模型，该模型的驱动信号可以是固定<50%占空比的互补信号。变压器T设置于开关前臂的中心点和开关后臂的中心点之间的电路中。

开关管S1与电容Cs1并联，开关管S2与电容Cs2并联，开关管S3与电容Cs3并联，开关管S4与电容Cs4并联。

本实用新型中的四个开关管可以具体为四个开关场效应晶体管（即MOS管）或者其他开关元件。

LLC谐振电路（也可以称为LLC谐振网络）的一端与开关前臂的中心点（即开关管S1和S2之间）连接，LLC谐振电路的另一端与开关后臂的中心点（即开关管S3和S4之间）连接。

LLC谐振电路主要包括：电感LS（也可以称为谐振电感LS）、变压器T的励磁电感Lm以及电容Cs（也可以称为谐振电容Cs），且电感LS、变压器T的励磁电感Lm和电容Cs三者串联。电容Cs可以起到隔离直流的作用。

本实用新型通过电感LS、电容Cs和变压器T的激磁电感Lm之间的谐振作用，实现了软开关功率变换电路的零电压(ZVS)和零电流(ZCS)接通电路。

整流电路主要包括：整流二极管D1、D2、D3和D4以及变压器T的副边，整流二极管D1、D2、D3和D4与变压器T的副边；其中，整流二极管D1和D2串联，整流二极管D3和D4串联，串联后的整流二极管D1和D2与串联后的整流二极管D 3和D4并联，变压器T的副边一方面与串联的整流二极管D1和D2的中间点（即整流二极管D1和D2之间）连接，另一方面还与串联的整流二极管D3和D4的中间点（即整流二极管D3和D4之间）连接。

滤波电路主要包括：电容Co、电解电容Eo以及光敏电阻RL，且电容Co、电解电容Eo和光敏电阻RL这三者间相互并联。该滤波电路的输出纹波可以小于0.5%。

本实用新型通过在全桥移相功率变换主电路增加由电感和电容等谐振元件组成的谐振电路，从而在开关电路过程前后，谐振电容与谐振电感产生谐振，使软开关功率变换电路中的电流（或电压）完全按照正弦或者准正弦的规律变化。当电流先降到零时，电压再缓慢上升到断态值，这样，开关的关断损耗近似为零。由于软开关功率变换电路在关断电路前其内部的电流已下降到零，因此，有效的解决了感性关断问题。当电压过零时，电流再缓慢上升到通态值，这样，开关的开通损耗近似为零，由于电容上的电压也为零，因此，有效的解决了容性开通问题。由此，本实用新型使变压器T的原边的开关管（MOS管）在零电压状态下导通，且变压器的副边的整流二极管工作在断续或临界断续的状态下，避免了反向恢复问题，也不再有电压尖峰产生。最终本实用新型避免了开关应力以及二极管反向恢复所带来的高频噪声损耗、EMI、EMC等不良现象的出现，实现了近似理想的零开关损耗，使整机效率可以达到97%以上，提高了整机效率。

以上所述仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型的技术方案，任何熟悉本专业的技术人员在不脱离本实用新型技术方案的范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本实用新型技术方案的范围内。

Claims (6)

1.一种电动汽车充电装置，包括：软开关功率变换电路，其特征在于，所述软开关功率变换电路包括：全桥移相功率变换主电路、LLC谐振电路、整流电路以及滤波电路；

所述全桥移相功率变换主电路包括：变压器、串接成回路的四个开关管S1、S2、S3和S4，其中两个相邻的开关管形成开关前臂，另外两个开关管形成开关后臂，所述变压器设置于所述开关前臂的中心点和开关后臂的中心点之间；

所述LLC谐振电路与所述开关前臂的中心点和开关后臂的中心点分别连接，且所述LLC谐振电路包括所述变压器的励磁电感Lm；

所述整流电路包括所述变压器的副边，且所述整流电路与所述滤波电路连接。

2.根据权利要求1所述的电动汽车充电装置，其特征在于，所述开关管包括：场效应晶体管。

3.根据权利要求1所述的电动汽车充电装置，其特征在于，所述LLC谐振电路包括：串联的电感LS、所述变压器的励磁电感Lm以及电容Cs。

4.根据权利要求1所述的电动汽车充电装置，其特征在于，所述整流电路包括：整流二极管D1、D2、D3和D4以及所述变压器的副边，整流二极管D1和D2串联后，与串联的整流二极管D3和D4并联，所述变压器的副边一方面连接于串联的整流二极管D1和D2之间，另一方面连接于串联的整流二极管D3和D4之间。

5.根据权利要求1所述的电动汽车充电装置，其特征在于，所述滤波电路包括：电容Co、电解电容Eo以及光敏电阻RL，所述电容Co、电解电容Eo和光敏电阻RL这三者间相互并联。

6.根据权利要求1至5中任一权利要求所述的电动汽车充电装置，其特征在于，所述软开关功率变换电路还包括：电容Cs1、Cs2、Cs3和Cs4，所述电容Cs1与开关管S1并联，所述电容Cs2与开关管S2并联，所述电容Cs3与开关管S3并联，所述电容Cs4与开关管S4并联。

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