CN207968039U - 一种大功率车载快速充电机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种大功率车载快速充电机，包括功率单元、辅助单元和控制保护单元组成，所述功率单元、辅助单元与外部输入电源进行电连接，所述辅助单元与控制保护单元进行电连接，其特征在于：所述功率单元包括输入EMI整流滤波电路、取样电阻、PFC电感、氮化镓同步整流电路、车载DC/DC全桥变换电路和直流输出电路，并依序电连接。本实用新型采用氮化镓无桥PFC和氮化镓全桥DC/DC的设计，可通过DSP/MCU控制工频开关大大提高车载充电机的充电效率和功率密度，实现在超小体积下高达98%以上的充电效率，同时简化了充电机的散热功能设置，实现无风扇和无散热片的设计。
Description
技术领域
本实用新型涉及汽车充电机技术领域，尤其涉及一种大功率车载快速充电机。
背景技术
电动汽车(EV)和混合动力汽车(HEV)作为解决当今世界环境污染和能源危机两大问题的方法之一越来越受到重视。动力电池和低压蓄电池是电动汽车的两个核心部件, 动力电池为电动机提供能量并存储再生制动时的能量,低压蓄电池为车载仪表、控制及照明系统提供能量,车载辅助电源DC-DC变换器作为两组电池之间的桥梁,要求其具有高效率、高功率密度、高可靠性等特点。
通常使用的充电机几乎都是将交流电经变压器变压后，整流成直流电，再加到蓄电池上充电的。这种电路的一个最大缺点是输出功率小，体积大，特别是输出电流小，不利于快速充电，产生这种问题的主要原因是电路中有变压器，对于要求大电流、高电压整流电路来说，就使得充电机的体积必须增大，且输出的电流、电压范围受到限制，而且充电的效果也不理想。本实用新型提供一种大功率车载快速充电机尤其适用于5KW-8KW的车载充电机，其采用氮化镓无桥PFC电路和氮化镓全桥DC/DC的设计，可通过DSP/MCU控制工频开关实现无桥PFC，从而大大提高车载充电机的充电效率和功率密度，实现在超小体积下高达97％以上的充电效率，同时简化了充电机的散热功能设置，实现无风扇和无散热片的设计。
实用新型内容
为克服上述不足，本实用新型的目的在于提供一种大功率车载快速充电机，具体方案如下：
一种大功率车载快速充电机，包括功率单元(I)、辅助单元(II)和控制保护单元(III)组成，所述功率单元(I)、辅助单元(II)与外部输入电源进行电连接，所述辅助单元(II)与控制保护单元(III)进行电连接，其特征在于：所述功率单元(I)包括输入EMI整流滤波电路(1)、取样电阻R20(2)、PFC电感(3)、氮化镓同步整流电路(4)、车载DC/DC全桥变换电路(5)和直流输出电路(6)，并依序电连接，其中：
所述氮化镓同步整流电路(4)采用同步整流的氮化镓无桥PFC设计，包含第一工频开关(S1)、第二工频开关(S2)，第一高频开关(Q1)、第二高频开关(Q2)以及电容(C16)及电感(L10)组成，所述第一工频开关(S1)与第一高频开关(Q1)串联后，与第二工频开关(S2)及第二高频开关(Q2)的串联电路进行并联，再与第一电感(L10)进行串联，最后与第一电容(C16)进行并联；
所述车载DC/DC全桥变换电路(5)采用基于氮化镓的LLC电路，包括第三工频开关(S3)、第四工频开关(S4)、第三高频开关(SR1)、第四高频开关(SR2)、第二电容 (C18)、第二电感(L18)以及谐振电感(LR)组成，所述谐振电感(LR)分别与第三高频开关(SR1)、第四高频开关(SR2)的两端电连接，所述谐振电感(LR)的另一端与第三工频开关(S3)、第四工频开关(S4)、第二电容(C18)和第二电感(L18)进行电连接；
所述氮化镓同步整流电路(4)、车载DC/DC全桥变换电路(5)分别与控制保护电路(III)进行电连接。
优选的，所述输入EMI整流滤波电路(1)由保险丝F1、电容C12、C13、C14、C5 以及电感L2、L3、L4组成，所述保险丝F1、电容C13以及电感L2、L3、L4进行电连接，所述C12与C14、C15进行电连接。
优选的，所述控制保护单元(III)采用STC12C5412AD单片机和MAX232芯片。
优选的，所述取样电阻R20(2)的阻值为10-50Ω。
优选的，所述PFC电感(3)取值2-2.5KW。
本实用新型的有益效果：本实用新型采用的氮化镓MOS管体内无真正的二极管,故没有形成PN结,但有导电层,所以内部没有寄生二极管,但有二极管的续流特性,因此开关的损耗非常非常小，故采用氮化镓无桥PFC可以将效率做到99.3％以上，同时体积会大大降低。同时氮化镓全桥DC/DC的设计，可通过DSP/MCU控制工频开关实现无桥PFC，其效率亦可达到99％以上，从而大大提高车载充电机的充电效率和功率密度，实现在超小体积下高达98％以上的充电效率，同时简化了充电机的散热功能设置，实现无风扇和无散热片的设计。
附图说明
图1为本实用新型结构示意图。
图2为本实用新型氮化镓同步整流电路示意图。
图3为本实用新型车载DC/DC全桥变换电路示意图。
图4为本实用新型输入EMI整流滤波电路。
图5为本实用新型控制保护单元电路示意图。
图中：I、功率单元；II、辅助单元；III、控制保护单元；1、输入EMI整流滤波电路；2、取样电阻R20；3、PFC电感；4、氮化镓同步整流电路；5、车载DC/DC全桥变换电路；6、直流输出电路
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型做进一步说明。
如附图1所示，一种大功率车载快速充电机，包括功率单元(I)、辅助单元(II) 和控制保护单元(III)组成，所述功率单元(I)、辅助单元(II)与外部输入电源进行电连接，所述功率单元(I)包括输入EMI整流滤波电路(1)、取样电阻R20(2)、PFC 电感(3)、氮化镓同步整流电路(4)、车载DC/DC全桥变换电路(5)和直流输出电路 (6)，并依序电连接，所述辅助单元(II)与控制保护单元(III)进行电连接。
氮化镓同步整流电路(4)采用同步整流的氮化镓无桥PFC设计，可实现高效率，线路简单和低成本优势，其包含第一工频开关(S1)、第二工频开关(S2)，第一高频开关(Q1)、第二高频开关(Q2)以及电容(C16)及电感(L10)组成，所述第一工频开关(S1)与第一高频开关(Q1)串联后，与第二工频开关(S2)及第二高频开关(Q2) 的串联电路进行并联，再与第一电感(L10)进行串联，最后与第一电容(C16)进行并联，经测试采用氮化镓无桥PFC设计，效率高达99％，而体积较传统的单级PFC和交错式PFC可减少1/3以上，同时具有先天性分散散热的优势，从源头上控制了影响电源使用寿命最薄弱的环节。
车载DC/DC全桥变换电路(5)采用基于氮化镓的LLC电路，包括第三工频开关(S3)、第四工频开关(S4)、第三高频开关(SR1)、第四高频开关(SR2)、第二电容(C18)、第二电感(L18)以及谐振电感(LR)组成，所述谐振电感(LR)的可移动端分别与第三高频开关(SR1)、第四高频开关(SR2)的两端电连接，所述可变电感(LR)的固定端与第三工频开关(S3)、第四工频开关(S4)、第二电容(C18)和第二电感(L18) 进行电连接。
氮化镓同步整流电路(4)车和载DC/DC全桥变换电路(5)均采用单独的DSP 进行控制，可以实现对电池的监控，车辆诊断，维护等多项功能。
氮化镓同步整流电路(4)、车载DC/DC全桥变换电路(5)分别与控制保护单元(III)进行电连接。
输入EMI整流滤波电路(1)由保险丝F1、电容C12、C13、C14、C5以及电感L2、L3、 L4组成，保险丝F1、电容C13以及电感L2、L3、L4进行电连接，电容C12与电容C14、 C15进行电连接。
控制保护单元(III)采用STC12C5412AD单片机和MAX232芯片。在试验中，可测试取样电阻R20(2)的阻值优选为10-50Ω、PFC电感(3)优选2-2.5KW。
所述辅助电源电路(II)主要是将整流后的直流电压转换成24V，并给控制保护单元(III)供电。
尽管上文对本实用新型的具体实施方式给予了详细描述和说明，但是应该指明的是，我们可以依据本实用新型的构想对上述实施方式进行各种等效改变和修改，其所产生的功能作用仍未超出说明书附图所涵盖的精神时，均应在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种大功率车载快速充电机，包括功率单元(I)、辅助单元(II)和控制保护单元(III)组成，所述功率单元(I)、辅助单元(II)与外部输入电源进行电连接，所述辅助单元(II)与控制保护单元(III)进行电连接，其特征在于：所述功率单元(I)包括输入EMI整流滤波电路(1)、取样电阻R20(2)、PFC电感(3)、氮化镓同步整流电路(4)、车载DC/DC全桥变换电路(5)和直流输出电路(6)，并依序电连接，其中：
所述氮化镓同步整流电路(4)采用同步整流的氮化镓无桥PFC设计，包含第一工频开关(S1)、第二工频开关(S2)，第一高频开关(Q1)、第二高频开关(Q2)以及电容(C16)及电感(L10)组成，所述第一工频开关(S1)与第一高频开关(Q1)串联后，与第二工频开关(S2)及第二高频开关(Q2)的串联电路进行并联，再与第一电感(L10)进行串联，最后与第一电容(C16)进行并联；
所述车载DC/DC全桥变换电路(5)采用基于氮化镓的LLC电路，包括第三工频开关(S3)、第四工频开关(S4)、第三高频开关(SR1)、第四高频开关(SR2)、第二电容(C18)、第二电感(L18)以及谐振电感(LR)组成，所述谐振电感(LR)分别与第三高频开关(SR1)、第四高频开关(SR2)的两端电连接，所述谐振电感(LR)的另一端与第三工频开关(S3)、第四工频开关(S4)、第二电容(C18)和第二电感(L18)进行电连接；所述氮化镓同步整流电路(4)、车载DC/DC全桥变换电路(5)分别与控制保护电路(III)进行电连接。
2.根据权利要求1所述的一种大功率车载快速充电机，其特征在于：所述输入EMI整流滤波电路(1)由保险丝F1、电容C12、C13、C14、C5以及电感L2、L3、L4组成，所述保险丝F1、电容C13以及电感L2、L3、L4进行电连接，所述C12与C14、C15进行电连接。
3.根据权利要求1所述的一种大功率车载快速充电机，其特征在于：所述控制保护单元(III)采用STC12C5412AD单片机和MAX232芯片。
4.根据权利要求1所述的一种大功率车载快速充电机，其特征在于：所述取样电阻R20(2)的阻值为10-50Ω。
5.根据权利要求1所述的一种大功率车载快速充电机，其特征在于：所述PFC电感(3)取值2-2.5KW。
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