CN203278653U - 全桥移相软开关直流充电模块 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种全桥移相软开关直流充电模块，包括：用于交流电的输入滤波的市电输入滤波电路；用于经滤波后的电压整流为直流电压，以及防止由于输入电压过高或者反复通断电造成输入电流冲击而损坏整流器件的整流预充电电路；用于将直流电压变降压斩波后变为方波传递到变压器的全桥逆变电路。本实用新型的全桥移相软开关直流充电模块，实现了开关管的零电压开通，明显减小了开通损耗，开关管并接电容，实现零电压关闭，减小关断损耗，提高电源效率，同时减小散热器尺寸，降低了成本。

Description

全桥移相软开关直流充电模块

技术领域

本实用新型涉及电气设备技术领域，具体涉及一种全桥移相软开关直流充电模块。 

背景技术

在DC/DC变换器中，全桥PWM变换器是直流电源实现高频化的理想拓扑之一，尤其是在中、大功率的应用场合。由于采用的是硬开关技术，在开关管的开通与关断过程中产生大量的开关损耗，功率较大时，需要设计较大的散热器和大功率风机来控制开关管的温升，并且转换效率较低,不能达到高效率(90%以上)的要求。 

移相控制方式是全桥变换器特有的一种控制方式，它是指保持每个开关管的导通时间不变，同一桥臂两只管子相位相差180度。对全桥变换器来说，只有对角线上两只开关管同时导通时变换器才输出功率，所以可通过调节对角线上的两只开关管导通重合角的宽度来实现稳压控制，对于这种结构的保护措施，常规用法为在桥臂中的变压器回路中传入互感器，采集电流，这种控制方式的特点在于，检测桥臂中间回路的电流信号，对于桥臂直通的恶性故障，由于互感器放置位置，当桥臂直通时，取样互感器上不会有任何电流信号，因而起不到保护作用。 

实用新型内容

本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种保护效果好、制造成本低的全桥移相软开关直流充电模块。 

考虑到现有技术的上述问题，根据本实用新型公开的一个方面，本实用新型采用以下技术方案： 

一种全桥移相软开关直流充电模块，包括： 

市电输入滤波电路，用于交流电的输入滤波； 

整流预充电电路，用于经滤波后的电压整流为直流电压，以及防止由于输入电压过高或者反复通断电造成输入电流冲击而损坏整流器件； 

全桥逆变电路，用于将直流电压变降压斩波后变为方波传递到变压器； 

输出整流滤波电路，用于将变压器传递过来的高压高频电压信号经过整流降压滤波，输出稳定的直流电压为负载供电； 

MCU及控制电路，用于远程控制及电流或电压的稳定输出； 

隔离驱动电路，该隔离驱动电路连接在所述MCU及控制电路与全桥逆变电路之间。 

为了更好地实现本实用新型，进一步的技术方案是： 

根据本实用新型公开的一个实施例，还包括输出电压、电流采集电路，所述输出电压、电流采集电路分别与输出整流滤波电路和输出过欠压、过流等故障保护及报警电路连接。 

根据本实用新型公开的一个实施例，还包括峰值电流采集电路，所述峰值电流采集电路与全桥逆变电路连接。 

根据本实用新型公开的一个实施例，还包括与MCU及控制电路连接的散热器过温、风扇故障保护电路。 

根据本实用新型公开的一个实施例，还包括与所述MCU及控制电路连接的工作状态、信息显示电路。 

根据本实用新型公开的一个实施例，还包括辅助电源电路，所述辅助电源电路分别与隔离驱动电路连接和工作状态、信息显示电路连接。 

根据本实用新型公开的一个实施例，所述整流预充电电路包括整流桥，所述整流桥后级连接有工频电感。 

根据本实用新型公开的一个实施例，所述隔离驱动电路中包括驱动变压器，驱动变压器的磁芯采用EP13磁芯。 

根据本实用新型公开的一个实施例，所述全桥逆变电路包括： 

第一高频功率管和第二高频功率管相连接的第一支路； 

隔值电容、功率变压器和谐振电感相串联的第二支路； 

第三高频功率管和第四高频功率管相连接的第三支路； 

所述第一支路、第二支路和第三支路并联。 

本实用新型还可以是： 

根据本实用新型公开的一个实施例，所述峰值电流采集电路包括连接在第三高频功率管和第四高频功率管之间的电流互感器。 

与现有技术相比，本实用新型的有益效果之一是： 

本实用新型的全桥移相软开关直流充电模块，电源采用移相控制方式，加入谐振电感，实现开关管的零电压开通，明显减小了开通损耗，开关管并接电容，实现零电压关闭，减小关断损耗，提高电源效率，同时减小散热器尺寸，降低成本。 

改进后的电流互感器放置于两个下管到GND之间，通过对移相全桥电路的工作原理分析可知，互感器采集的电流只是两个功率传输阶段的原边电流，对于 变压器、电感续流的电流信号，则不能采集，但是由于续流期间主要是二极管参与，即使出现二极管损坏，由于控制器并没有发出控制信号，所以对于这种故障无论互感器放置于何处，均无法达到保护的作用，而按照这种互感器放置方式，对于桥臂直通则能起到保护作用，所以这种方式明显优于将互感器放置于变压器回路。 

附图说明

为了更清楚的说明本申请文件实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术的描述中所需要使用的附图作简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅是对本申请文件中一些实施例的参考，对于本领域技术人员来讲，在不付出创造性劳动的情况下，还可以根据这些附图得到其它的附图。 

图1示出了根据本实用新型一个实施例的市电输入滤波及整流预充电电路的结构示意图。 

图2示出了根据本实用新型一个实施例的辅助电源电路的结构示意图。 

图3示出了根据本实用新型一个实施例的隔离驱动电路的结构示意图。 

图4示出了根据本实用新型一个实施例的全桥逆变电路的结构示意图。 

图5示出了根据本实用新型一个实施例的输出整流滤波电路的结构示意图。 

图6示出了根据本实用新型一个实施例的全桥移相软开关直流充电模块的结构示意图。 

具体实施方式

下面结合实施例对本实用新型作进一步地详细说明，但本实用新型的实施方式不限于此。 

图1示出了根据本实用新型一个实施例的市电输入滤波及整流预充电电路的结构示意图。如图1所示的市电输入滤波及整流预充电电路：输入滤波电路采用无源功率因数校正器件，电路包括压敏电阻RV1，X电容C4、C5、C6、C7、C8、C9，Y电容C10、C11、C12、C13、C14、C15、C16、C17、C18，共模电感L1和差模电感L2等元器件，滤掉市电上的高频干扰信号，也防止充电机内部高频电磁信号污染市电。整流电路将三相交流市电通过三相整流桥整流后，变为只有正半周的馒头波形，预充电电路的作用在于，防止由于输入电压过高或者反复通断电造成输入电流冲击而损坏整流器件。整流桥BR1后级设置有工频电感L3，工频电感L3的加入能有效减小输入级电流纹波，从而达到减小输出低频纹波的目的。 

图2示出了根据本实用新型一个实施例的辅助电源电路的结构示意图。如图2所示的辅助电源电路，此电路采用高压功率器件，电流型控制芯片3845等原件，将一路高压输入直流电压变换为三路彼此隔离的低压直流电压，为控制板供电。 

图3示出了根据本实用新型一个实施例的隔离驱动电路的结构示意图。如图3所示的隔离驱动电路，驱动电路包括供电电路，驱动变压器等元器件，将控制器输出的微小驱动信号经驱动变压器隔离放大后，产生一个有负压输出的驱动信号，送到功率器件，使驱动功率器件开通与关断。驱动变压器分别是T3和T4，功率MOSFET分别是Q1、Q2、Q3、Q4，此电路中驱动变压器磁芯采用EP13小体积磁芯，能有效减小产品体积，而1个变压器驱动两个功率MOSFET更能降低成本。 

图4示出了根据本实用新型一个实施例的全桥逆变电路的结构示意图。如图4所示的全桥逆变电路，包括： 

第一高频功率管Q1和第二高频功率管Q2相连接的第一支路； 

隔值电容C1、功率变压器T1和谐振电感L1相串联的第二支路； 

第三高频功率管Q3和第四高频功率管Q4相连接的第三支路； 

所述第一支路、第二支路和第三支路并联。其中第一高频功率管Q1、第三高频功率管Q3是超前臂，第二高频功率管Q2、第四高频功率管Q4是滞后臂，通过控制器控制桥臂控制信号的相位差，实现输出功率调节，同时由于谐振电感的加入，实现Q1-Q4的软开关，大大降低电源损耗，提高了效率。 

峰值电流采集电路：如图4所示，T2为一个电流互感器，该电流互感器T2与第三高频功率管Q3和第四高频功率管Q4之间的线路连接。采集流过功率器件的峰值电流，一旦峰值电流超过设定值，立即关断控制信号，防止功率器件损坏。 

图5示出了根据本实用新型一个实施例的输出整流滤波电路的结构示意图。如图5所示的输出整流滤波电路，电路包括有四只二极管组成的全桥整流电路，输出滤波电感，滤波电容，吸收电容等，此电路作用是将经功率变压器传递过来的高压高频电压信号经过整流降压滤波，输出一个稳定的直流电压为负载供电。 

输出电压、电流采集电路：此电路主要包括一些取样电阻，运算放大器等器件，将充电机输出的电压降压，输出电流转换成电压信号并放大后，送到控制芯片反馈调节端，形成闭环控制，同时送到MCU，将该信息显示到显示板上，供用户查询。 

输出过欠压、过流等故障保护及报警电路：此电路主要包括一些电阻电容，及能够隔离传输节点信号的元器件，将采集到的电压电流信号与设定值比较，检测出超出范围，则根据设定情况，关闭输出并发出声光报警信号，对于温度过高和风扇故障，也采取相应措施，保护电源不被损坏。 

工作状态、信息显示电路：此电路包括一个三段数码管，数码管驱动芯片，地址选择拨码开关，指示灯，按钮等元件，此电路与MCU控制器配合，完成将充电模块的输出电压，输出电流，故障信息显示出来的功能。 

MCU及控制电路：电路包括一块单片机，一块移相全桥电源控制芯片UC3895，及一些集成控制芯片，其作用是将输出电压及输出电流稳定在设置范围，并且使整个充电机按照设置流程进行充电，同时实现远程控制的功能，即通过单片机之间的通信，设定充电模块工作状态以及工作参数，并将工作参数发送出去，便于查看工作状态。 

图6示出了根据本实用新型一个实施例的全桥移相软开关直流充电模块的结构示意图。如图6所示的全桥移相软开关直流充电模块，包括： 

市电输入滤波电路，用于交流电的输入滤波； 

整流预充电电路，用于经滤波后的电压整流为直流电压，以及防止由于输入电压过高或者反复通断电造成输入电流冲击而损坏整流器件； 

全桥逆变电路，用于将直流电压变降压斩波后变为方波传递到变压器； 

输出整流滤波电路，用于将变压器传递过来的高压高频电压信号经过整流降压滤波，输出稳定的直流电压为负载供电； 

MCU及控制电路，用于远程控制及电流或电压的稳定输出； 

隔离驱动电路，该隔离驱动电路连接在所述MCU及控制电路与全桥逆变电路之间。 

输出电压、电流采集电路，所述输出电压、电流采集电路分别与输出整流滤波电路和连输出过欠压、过流等故障保护及报警电路连接。 

峰值电流采集电路，所述峰值电流采集电路与全桥逆变电路连接。 

辅助电源电路，所述辅助电源电路分别与隔离驱动电路连接和工作状态、信息显示电路连接。 

还包括与MCU及控制电路连接的散热器过温、风扇故障保护电路；与所述MCU及控制电路连接的工作状态、信息显示电路。 

三相交流市电输入充电机，经过市电输入滤波，原来带有较多干扰波的市电，被滤波后变为平滑纯净的正弦波，同时无源功率因数校正后，提高工作时功率因数，提高电能利用率。 

经三相整流电路整流后，经过电感和预充电电阻接到电解电容后，变为纯直流电压，送到全桥逆变电路，经过降压斩波后，纯直流电压变为一定频率及占空比的方波传递到变压器次边，经过全桥整流电路，经过电感电容滤波，变为直流电压输出到负载。控制电路与驱动电路通过驱动变压器隔离，将信号放大，以达到增加驱动功率的目的，让功率器件可靠的高速开通与关断，输出采集电路与控制器之间采用运放跟随方式，以提高阻抗，防止由于充电机工作产生的高频干扰信号影响系统稳定输出电压、电流；采集电路通过取样电阻将信号反馈到控制芯片和单片机，实现闭环控制；输出过欠压、过流保护及报警电路将只能由单片机识别的高低电平信号故障信号，转变为直观可查询的声光信息，通过显示电路呈现给用户。 

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其它实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分相互参见即可。 

在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”、等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特 点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本实用新型的范围内。 

尽管这里参照本实用新型的多个解释性实施例对本实用新型进行了描述，但是，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。更具体地说，在本申请公开、附图和权利要求的范围内，可以对主题组合布局的组成部件和/或布局进行多种变型和改进。除了对组成部件和/或布局进行的变型和改进外，对于本领域技术人员来说，其他的用途也将是明显的。 

Claims (10)

1.一种全桥移相软开关直流充电模块，其特征在于，包括：

市电输入滤波电路，用于交流电的输入滤波；

整流预充电电路，用于经滤波后的电压整流为直流电压，以及防止由于输入电压过高或者反复通断电造成输入电流冲击而损坏整流器件；

全桥逆变电路，用于将直流电压通过变降压斩波后变为方波传递到变压器；

输出整流滤波电路，用于将变压器传递过来的高压高频电压信号进行整流降压滤波，然后输出稳定的直流电压为负载供电；

MCU及控制电路，用于远程控制及电流或电压的稳定输出；

隔离驱动电路，该隔离驱动电路连接在所述MCU及控制电路与全桥逆变电路之间。

2.根据权利要求1所述的全桥移相软开关直流充电模块，其特征在于，还包括输出电压、电流采集电路，所述输出电压、电流采集电路分别与输出整流滤波电路和输出过欠压、过流故障保护及报警电路连接。

3.根据权利要求1所述的全桥移相软开关直流充电模块，其特征在于，还包括峰值电流采集电路，所述峰值电流采集电路与全桥逆变电路连接。

4.根据权利要求1所述的全桥移相软开关直流充电模块，其特征在于，还包括与MCU及控制电路连接的散热器过温、风扇故障保护电路。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的全桥移相软开关直流充电模块，其特征在于，还包括与所述MCU及控制电路连接的工作状态、信息显示电路。

6.根据权利要求5所述的全桥移相软开关直流充电模块，其特征在于，还包括辅助电源电路，所述辅助电源电路分别与隔离驱动电路连接和工作状态、信息显示电路连接。

7.根据权利要求1所述的全桥移相软开关直流充电模块，其特征在于，所述整流预充电电路包括整流桥，所述整流桥后级连接有工频电感。

8.根据权利要求1所述的全桥移相软开关直流充电模块，其特征在于，所述隔离驱动电路中包括驱动变压器，驱动变压器的磁芯采用EP13磁芯。

9.根据权利要求1所述的全桥移相软开关直流充电模块，其特征在于，所述全桥逆变电路包括：

第一高频功率管和第二高频功率管相连接的第一支路；

隔值电容、功率变压器和谐振电感相串联的第二支路；

第三高频功率管和第四高频功率管相连接的第三支路；

所述第一支路、第二支路和第三支路并联。

10.根据权利要求9所述的全桥移相软开关直流充电模块，其特征在于，所述峰值电流采集电路包括连接在第三高频功率管和第四高频功率管之间的电流互感器。

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