CN205017081U - 一种具有功率因素校正功能的lcc软开关充电装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种具有功率因素校正功能的LCC软开关充电装置，包括有功率因素校正部分、LLC变换器部分及电池充电管理部分；功率因素校正部分包括有依次电连接的EMC电路、整流电路和BOOST升压电路，BOOST升压电路的输出端经由LLC变换器部分连接电池充电管理部分；电池充电管理部分包括有CPU、继电器及电压均衡电路，LLC变换器部分的二输出端分别连接CPU的采样端和继电器，继电器和电压均衡电路的一端均与CPU的控制输出端相电连接，另一端均电连接至充电电池。本新型用两级结构充分利用了BOOST和半桥LLC谐振高效的特点，配合单片机充电管理，实现高效充电作用，对电池充电过程进行合理管理，让电池安全可靠地进行分段式充电。
Description
技术领域
本实用新型涉及电力电子及电池储能领域，尤其涉及一种具有功率因素校正功能的LCC软开关充电装置。
背景技术
随着社会经济的不断发展，电动车充电及各种工业充电越来越普及，对高效率、低EMI、高功率密度的电源适配器的需求越来越大。国内外工程师都在不断地研究，以寻找更好电路拓扑，获得更高的性能。到目前为止，半桥变换器是中小功率场合中应用最普遍的电路结构之一。但工作在硬开关条件下的半桥变换器会产生很大的开关损耗和EMI，而且发热严重，不利于开关管的频率和电源转换效率的提高。
软开关半桥LLC变换电路拓扑作为目前中小功率应用场合的首选拓扑，一直是研究人员关注的热点，软开关技术的研究和应用显得尤为重要和迫切。软开关技术的实现，主要依赖于合理而有效的拓扑结构，所以进一步深入研究新型的软开关在中小功率半桥变换器拓扑结构的应用具有重要的理论意义和工程应用价值,将高效的LLC变换电路拓扑结构应用于电池充电装置有很大的市场价值。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种具有功率因素校正功能的LCC软开关充电装置，采用两级结构充分利用了BOOST和半桥LLC谐振高效的特点，配合单片机充电管理，实现高效、稳定又安全的充电作用。
为了达成上述目的，本实用新型的解决方案是：
一种具有功率因素校正功能的LCC软开关充电装置，包括有功率因素校正部分、LLC变换器部分及电池充电管理部分；功率因素校正部分包括有依次电连接的EMC电路、整流电路和BOOST升压电路，BOOST升压电路的输出端经由LLC变换器部分连接电池充电管理部分；电池充电管理部分包括有CPU、继电器及电压均衡电路，LLC变换器部分的二输出端分别连接CPU的采样端和继电器，继电器和电压均衡电路的一端均与CPU的控制输出端相电连接，另一端均电连接至充电电池。
所述LLC变换器部分包括相互电连接的半桥LLC谐振电路和高频整流滤波电路。
所述LLC变换器部分还包括有反馈回路，CPU的电压电流给定端经由反馈回路连接至半桥LLC谐振电路。
所述CPU双向电连接人机交互模块。
所述CPU双向电连接通讯模块。
采用上述方案后，本新型一种具有功率因素校正功能的LCC软开关充电装置，其电源前级采用临界模式的BOOST升压电路实现AC/DC的变换和功率因数的校正，后级采用半桥LLC谐振实现DC/DC恒流源。两级充分利用了BOOST和半桥LLC谐振高效的特点。采用BOOST升压电路更重要的是可以有效地解决电磁干扰(EMI)和电磁兼容(EMC)问题。电池充电管理部分采用单片机对充电过程进行管理，既能实现高效、稳定又安全的充电，又能实现对电池组的管理和保护。进一步，充电过程对电压和电流同时控制，更能实现对电池的安全有效的充电。单片机给定的参考电压不是采用传统的DA芯片，而是由单片机产生的PWM通过电压电流给定电路产生。和传统的DA芯片相比，本新型充电电路成本更低。
附图说明
图1是本新型软开关充电装置的电路原理框图；
图2是本实用新型提供的升压式功率因数校正电路原理图；
图3是本实用新型提供的半桥LLC软开关变换器原理图；
图4是本实用新型提供的LLC变换器反馈回路原理图；
图5是本实用新型提供的电压、电流给定电路原理图。
标号说明
功率因素校正部分1EMC电路11
整流电路12BOOST升压电路13
LLC变换器部分2半桥LLC谐振电路21
高频整流滤波电路22反馈回路23
电池充电管理部分3CPU31
继电器32电压均衡电路33
人机交互模块34通讯模块35
电池4。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本案作进一步详细的说明。
本案涉及一种具有功率因素校正功能的LCC软开关充电装置，如图1所示，包括有功率因素校正部分1、LLC变换器部分2及电池充电管理部分3。装置主要为2节12V串联的铅酸蓄电池充电并对充电过程进行管理。功率因数校正部分1主要是提高变换器的功率因数和升压为后级供电。LLC变换器部分2有降压和隔离作用，为电池充电提供功率。电池充电管理部分3主要对电池充电过程进行管理，让电池安全可靠地进行分段式充电。
如图1-2所示，功率因素校正部分1包括有依次电连接的EMC电路11、整流电路12和BOOST升压电路(PFC电路13)。BOOST升压电路选取的芯片为NCP1605控制芯片，此电路工作在电流临界(CRM)模式，CRM模式不存在整流二极管的反向恢复，开关管是零电流开通，且控制电路相对简单。BOOST升压电路的输出端经由LLC变换器部分2连接电池充电管理部分3。
如图1、图3所示，所述LLC变换器部分2包括相互电连接的半桥LLC谐振电路21和高频整流滤波电路22，主控芯片选用L6599控制芯片,这款芯片是用于谐振半桥LLC的双端控制器,高端和低端开关管各以0.5的占空比互补导通，实际上，驱动开关管的占空比略低于0.5，以保证开关管安全导通和软开关的效果。LLC谐振变换器存在两个谐振频率：Cr和Lr产生的谐振频率fr，变压器的励磁电感Lm被副边钳位；当谐振电流等于励磁电流时，Cr、Lr和Lm会产生另一个谐振频率fm，通过设置L6599，让其工作频率在两个谐振频率之间，此时变换器的开关管工作在零电流工作模式(ZVS),变压器附边整流二极管工作在零电流关断状态，这种工作模式很大程度提高了变换器的效率。
电池充电管理部分3主要包括有CPU(单片机最小系统)31、继电器32及电压均衡电路33。高频整流滤波电路22的二输出端分别连接CPU31的采样端和继电器32，继电器32和电压均衡电路33的一端均与CPU31的控制输出端相电连接，另一端均电连接至充电电池4。继电器32的作用是根据电池的情况决定是否需要充电，若充电则闭合，否则断开。电压均衡电路33两路均衡给两节电池放电，CPU31四路采样分别采集变换器输出电压、电流和两节电池电压。
所述LLC变换器部分2还包括有反馈回路23，CPU31的电压电流给定端经由反馈回路23连接至L6599控制芯片。如图4所示，反馈回路23由电压外环和电流内环两部分组成，其功能主要是通过TSM103芯片和光耦配合完成。电路中反馈电压VFB、反馈电流IFB是由CPU给定的。通过改变参考电压电流给定值就可以控制输出电压电流，从而控制电池的三段式充电(即恒流阶段、恒压阶段，浮充阶段)。电压电流给定主要通过CPU控制产生，输出电压电流大小由电压电流给定电路(如图5所示)控制。由于所选择的单片机无DA模块，从硬件成本角度考虑，不外接DA模块，而是直接用高频的PWM代替，单片机产生的PWM信号经过两级RC滤波后，会成为有纹波的直流信号，经过运放的跟随作用后信号给TMS103W作为反馈。其中PWM频率越高，后面直流信号的纹波越小，本设计中PWM的信号取40K左右。
优选地，CPU31还双向电连接有人机交互模块34，以进行人机交互操作。CPU31还双向电连接通讯模块35，以实现远程通讯并控制作用。
以上所述仅为本新型的优选实施例，凡跟本新型权利要求范围所做的均等变化和修饰，均应属于本新型权利要求的范围。
Claims (5)
1.一种具有功率因素校正功能的LCC软开关充电装置，其特征在于：包括有功率因素校正部分、LLC变换器部分及电池充电管理部分；功率因素校正部分包括有依次电连接的EMC电路、整流电路和BOOST升压电路，BOOST升压电路的输出端经由LLC变换器部分连接电池充电管理部分；电池充电管理部分包括有CPU、继电器及电压均衡电路，LLC变换器部分的二输出端分别连接CPU的采样端和继电器，继电器和电压均衡电路的一端均与CPU的控制输出端相电连接，另一端均电连接至充电电池。
2.如权利要求1所述的一种具有功率因素校正功能的LCC软开关充电装置，其特征在于：所述LLC变换器部分包括相互电连接的半桥LLC谐振电路和高频整流滤波电路。
3.如权利要求2所述的一种具有功率因素校正功能的LCC软开关充电装置，其特征在于：所述LLC变换器部分还包括有反馈回路，CPU的电压电流给定端经由反馈回路连接至半桥LLC谐振电路。
4.如权利要求1所述的一种具有功率因素校正功能的LCC软开关充电装置，其特征在于：所述CPU双向电连接人机交互模块。
5.如权利要求1所述的一种具有功率因素校正功能的LCC软开关充电装置，其特征在于：所述CPU双向电连接通讯模块。
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