CN208820685U - 一种交错并联双正激充电器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了交错并联双正激充电器，包括输入整流滤波电路、辅助电源电路、反馈采样电路、MCU、保护电路、驱动电路、交错并联双正激式变换器电路、输出整流滤波；交错并联双正激式变换器电路包括第一级正激变换器和第二级正激变换器；两级正激变换器并联输出；辅助电源用于为MCU和驱动电路供电；反馈采样电路的输出端连接MCU的输入端，反馈采样电路包括电流采样和电压采样，MCU的输出端连接驱动电路，驱动电路连接交错并联双正激式变换器电路。本实用新型两路双管正激变换器与全桥电路架构变换器相比，所用的器件数量基本相同，但是交错并联双管正激变换器克服了全桥变换器的变压器偏磁、桥臂直通和控制驱动复杂等缺点。

Description

一种交错并联双正激充电器

技术领域

本实用新型涉及一种交错并联双正激充电器，属于电源设计技术领域。

背景技术

随着科学技术进步和物质文化生活的提高，场地车如游览车、高尔夫球车，电动叉车的使用越来越多，在场地充电的需求也愈来愈强烈。充电器作为场地类电动车的必备设备其要求充电电压输入范围宽且易于便携、安全性好等特点。现有技术中有采用LLC软开关电路拓扑结构，但是这种技术的输入范围不能做的太宽且散热效果不佳。种种不足已给使用带来了不便，因此设计满足人们生活使用需要的充电器改善现有技术缺陷显得尤为重要。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是克服现有技术的缺陷，提供一种避免了LLC软开关电路拓扑输入范围不能做的太宽的劣势且更加稳定可靠充电器。

为解决上述技术问题，本实用新型提供一种交错并联双正激充电器，包括输入整流滤波电路、辅助电源电路、反馈采样电路、MCU、保护电路、驱动电路、交错并联双正激式变换器电路、输出整流滤波；

所述交错并联双正激式变换器电路包括第一级正激变换器和第二级正激变换器；所述第一级正激变换器和第二级正激变换器并联输出；

所述输入整流滤波电路连接交错并联双正激式变换器电路和辅助电源电路；所述辅助电源电路输出端连接MCU和驱动电路，用于为MCU和驱动电路供电；

所述反馈采样电路的输出端连接MCU的输入端，反馈采样电路的输入端连接电路输出端；所述反馈采样电路连接保护电路，所述保护电路输出端分别连接MCU的输入端和驱动电路的输入端；

MCU的输出端连接驱动电路，所述驱动电路连接交错并联双正激式变换器电路。优选地，所述MCU型号为STM32F030K6T6。

在以上技术方案中，所述第一级正激变换器包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一变压器T1；所述第一开关管Q1和第二开关管 Q2是N沟道MOSFET管；

所述第一开关管Q1连接第四二极管D4的阴极，所述第三二极管D3的阳极连第二开关管Q2；所述第三二极管D3与第二开关管 Q2连接上中间节点连接第一变压器T1初级的第一端；所述第一开关管Q1和第四二极管连线上中间节点连接第一变压器T1初级的第二端；所述第一变压器T1次级的第一端连接第一二极管D1的阳极，所述第一二极管D1的阴极连接第二二极管D2的阴极；所述第二二极管D2的阳极连接第一变压器T1次级的第二端；

所述第二级正激变换器包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第二变压器T2；所述第三开关管Q3连接第七二极管D7的阴极，所述第八二极管D8的阳极连第四开关管Q4；所述第八二极管D8与第四开关管Q4连接上中间节点连接第二变压器T2初级的第一端；所述第三开关管Q3和第七二极管连线上中间节点连接第二变压器T2初级的第二端；所述第二变压器T2次级的第一端连接第五二极管D5 的阳极，所述第五二极管D5的阴极连接第六二极管D6的阴极；所述第六二极管D6的阳极连接第二变压器T2次级的第二端；

所述第六二极管D6的阴极连接第二二极管D2的阴极；所述第六二极管D6的阳极连接第二二极管D2的阳极；

所述第六二极管D6的阴极和第二二极管D2的阴极连接电感L 的第一端，所述第六二极管D6的阳极和第二二极管D2的阳连接电感L的第二端；

所述电感L的第二端连接输出电压的正极。

在以上技术方案中，所述第一开关管Q1和第二开关管Q2是N 沟道MOSFET管；

所述第一开关管Q1的源极连接第四二极管D4的阴极，所述第一开关管Q1的漏极连接输入电压正极；第四二极管D4的阳极连接输入电压负极；

所述第三开关管Q3的源极连接第七二极管D7的阴极，所述第三开关管Q3的漏极连接输入电压正极；第七二极管D7的阳极连接输入电压负极。

本实用新型所达到的有益效果：

1.两路双管正激变换器与全桥电路架构变换器相比，所用的器件数量基本相同，但是交错并联双管正激变换器克服了全桥变换器的变压器偏磁、桥臂直通和控制驱动复杂等缺点；

2.在同样工作频率下，交错并联双正激式变换器与双管正激变换器相比，输出滤波电感上电压的频率提高了一倍，减小了输出滤波电感的体积和重量；

3.副边整流侧电压的等效占空比增加一倍，提高了电路的响应，并有利于驱动电路的设计，在同样输出电压的情况下，整流侧峰值电压减小一半，续流时间减小，有利于续流管的选择；

4.每个并联支路流过1/2的输出功率，使得功率及热分布均匀，降低了热设计的难度；

5.输入电流脉动频率提高一倍，减小了输入滤波器的体积，从而进一步减小整机的体积，降低的成本；

6.直接使用高性能MCU控制器参与闭环调节和PWM输出控制，控制方式灵活，能适应很宽的负载范围和宽的输入电压范围，保护电路完善，可靠性更高，解决了传统纯硬件控制方式电路复杂，元件过多，离散性大，生产调试复杂，不易批量生产的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本实用新型的一些实施例，并非对本实用新型的限制。

图1是本实用新型具体实施例的原理框图；

图2是本实用新型交错并联架构电路拓扑简图；

图3是本实用新型具体实施例的电路采样电路，

其中图3(a)是输出电流采样电路，图3(b)是初级电流平均值限流采样电路；

图4是本实用新型具体实施例的初级电流过流信号触发电路；

图5是本实用新型具体实施例的辅助电源电路；

图6是本实用新型具体实施例的电压采样电路。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。

图1是本实用新型具体实施例的原理框图；图1示出了本实施例的全数控交错并联双正激充电器包括：输入整流滤波电路、反馈采样电路、MCU、保护电路、辅助电源电路、驱动电路、功率变换电路、整流滤波以及输出防反接电路及指示电路。MCU的型号为：STM32F030K6T6。

所述输入整流滤波电路连接交错并联双正激式变换器电路和辅助电源电路；所述辅助电源电路输出端连接MCU和驱动电路，用于为MCU和驱动电路供电；

所述反馈采样电路的输出端连接MCU的输入端，反馈采样电路的输入端连接电路输出端；所述反馈采样电路连接保护电路，所述保护电路输出端分别连接MCU的输入端和驱动电路的输入端；

MCU的输出端连接驱动电路，所述驱动电路连接交错并联双正激式变换器电路。

交错并联双正激式变换器电路包括第一级正激变换器和第二级正激变换器；第一级正激变换器和第二级正激变换器并联输出；

图2是本实用新型交错并联架构电路拓扑简图，图2示出了第一级正激变换器包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一变压器T1；所述第一开关管Q1和第二开关管Q2是N沟道MOSFET管；

第一开关管Q1连接第四二极管D4的阴极，所述第三二极管D3 的阳极连第二开关管Q2；所述第三二极管D3与第二开关管Q2连接上中间节点连接第一变压器T1初级的第一端；所述第一开关管Q1 和第四二极管连线上中间节点连接第一变压器T1初级的第二端；所述第一变压器T1次级的第一端连接第一二极管D1的阳极，所述第一二极管D1的阴极连接第二二极管D2的阴极；所述第二二极管D2 的阳极连接第一变压器T1次级的第二端；

第二级正激变换器包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第二变压器T2；所述所述第三开关管Q3连接第七二极管D7的阴极，所述第八二极管D8的阳极连第四开关管Q4；所述第八二极管D8与第四开关管Q4连接上中间节点连接第二变压器T2初级的第一端；所述第三开关管Q3和第七二极管连线上中间节点连接第二变压器T2初级的第二端；所述第二变压器T2次级的第一端连接第五二极管D5 的阳极，所述第五二极管D5的阴极连接第六二极管D6的阴极；所述第六二极管D6的阳极连接第二变压器T2次级的第二端；

第六二极管D6的阴极连接第二二极管D2的阴极；所述第六二极管D6的阳极连接第二二极管D2的阳极；

第六二极管D6的阴极和第二二极管D2的阴极连接电感L的第一端，所述第六二极管D6的阳极和第二二极管D2的阳连接电感L 的第二端；

电感L的第二端连接输出电压的正极。

图2中，第一级正激变换器包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一变压器T1；所述第一开关管Q1和第二开关管Q2是N沟道 MOSFET管；

第一开关管Q1连接第四二极管D4的阴极，所述第三二极管D3 的阳极连第二开关管Q2；所述第三二极管D3与第二开关管Q2连接上中间节点连接第一变压器T1初级的第一端；所述第一开关管Q1 和第四二极管连线上中间节点连接第一变压器T1初级的第二端；所述第一变压器T1次级的第一端连接第一二极管D1的阳极，所述第一二极管D1的阴极连接第二二极管D2的阴极；所述第二二极管D2 的阳极连接第一变压器T1次级的第二端；

所述第二级正激变换器包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第二变压器T2；所述所述第三开关管Q3连接第七二极管D7的阴极，所述第八二极管D8的阳极连第四开关管Q4；所述第八二极管D8与第四开关管Q4连接上中间节点连接第二变压器T2初级的第一端；所述第三开关管Q3和第七二极管连线上中间节点连接第二变压器 T2初级的第二端；所述第二变压器T2次级的第一端连接第五二极管 D5的阳极，所述第五二极管D5的阴极连接第六二极管D6的阴极；所述第六二极管D6的阳极连接第二变压器T2次级的第二端；

所述第六二极管D6的阴极连接第二二极管D2的阴极；所述第六二极管D6的阳极连接第二二极管D2的阳极；

所述第六二极管D6的阴极和第二二极管D2的阴极连接电感L 的第一端，所述第六二极管D6的阳极和第二二极管D2的阳连接电感L的第二端；

所述电感L的第二端连接输出电压的正极。

所述第一开关管Q1和第二开关管Q2是N沟道MOSFET管；

所述第一开关管Q1的源极连接第四二极管D4的阴极，所述第一开关管Q1的漏极连接输入电压正极；第四二极管D4的阳极连接输入电压负极；

所述第三开关管Q3的源极连接第七二极管D7的阴极，所述第三开关管Q3的漏极连接输入电压正极；第七二极管D7的阳极连接输入电压负极。

本实施例中包括输入整流滤波电路，其输入电压为185至264V，频率50Hz，输出电压是240VDC至340VDC。

所述反馈采样电路包括输出电流采样电路、初级电流平均值限流采样电路、输出电压采样电路和散热器温度采样电路；

所述电流采样电路和初级电流平均值限流采样电路都包括运算放大器，所述运算放大器的型号为LM258；连接电路图见图3。图4是本实用新型具体实施例的初级电流过流信号触发电路，所述流信号触发电路包括运算放大器和触发器电路；所述运算放大器型号为LM293，所述触发器电路型号为NE555N；连接电路图见图4。

所述输出电流采样电路用于检测电源输出单的电流是否超出设定电流范围，如果是则输出反馈电平信号给MCU，所述MCU接收到反馈电平信号后，按设定PWM信号控制所述交错并联双正激式变换器电路的电压转换；所述电压采样电路的具体连接方式参见图6所示。

如图1所示，输出的电压、电流经过采样调理电路生成两路电压反馈信号和一路电流反馈信号，送到MCU的A/D采样脚，分别监控输出电压和输出电流

为了进一步提高整个充电器的稳定性和安全性，防止故障发生造成器件损坏，在具体实施例中还包括保护电路，所述包括过热保护、初级过流保护和输出过压保护。

所述初级过流保护包括运算放大器电路LM258。

另外在本实用新型的交错并联正激充电器的输出端连接输出防反接电路，设置了输出防反接继电器主要防止输出正负极性接反烧毁输出回路。

在具体实施例中辅助电源电路采用如图5所示，所述辅助电源电路包括电源芯片78M05和AMS1117-3.3稳压集成电路。

此外在以上实施例的基础上还设置了充电禁走继电器控制电路，输出信号给其他电器，继电器控制和风扇控制(风扇用于辅助散热)，采用ULN2003A控制芯片驱动。

优选的，为了防浪涌电流破坏器件，设置输入缓启动继电器，防止输入浪涌电流过大。

本实用新型交错并联双正激充电器的控制流程如下：

(1)检测交流电是否输入；

(2)检测电池是否正常接入；

(3)检测电池电压是否在允许的范围之内；

(4)按照充电曲线进行充电，并进行电压电流的双闭环；

(5)在充电过程中，同时检测充电器的各种状态，比如过热，过流，过压如果出现以上的问题，充电器停止充电，故障排除后重新启动工作。

本实用新型采用两路交错并联双管正激变换器与全桥电路架构变换器相比，所用的器件数量基本相同，但是交错并联双管正激变换器克服了全桥变换器的变压器偏磁、桥臂直通和控制驱动复杂等缺点。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种交错并联双正激充电器，其特征是，包括输入整流滤波电路、辅助电源电路、反馈采样电路、MCU、保护电路、驱动电路、交错并联双正激式变换器电路、输出整流滤波；

所述交错并联双正激式变换器电路包括第一级正激变换器和第二级正激变换器；所述第一级正激变换器和第二级正激变换器并联输出；

所述输入整流滤波电路连接交错并联双正激式变换器电路和辅助电源电路；所述辅助电源电路输出端连接MCU和驱动电路，用于为MCU和驱动电路供电；

所述反馈采样电路的输出端连接MCU的输入端，反馈采样电路的输入端连接电路输出端；所述反馈采样电路连接保护电路，所述保护电路输出端分别连接MCU的输入端和驱动电路的输入端；

MCU的输出端连接驱动电路，所述驱动电路连接交错并联双正激式变换器电路。

2.根据权利要求1所述的交错并联双正激充电器，其特征是，

所述MCU型号为STM32F030K6T6。

3.根据权利要求1所述的交错并联双正激充电器，其特征是，

所述第一级正激变换器包括第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第一变压器T1；所述第一开关管Q1和第二开关管Q2是N沟道MOSFET管；

所述第一开关管Q1连接第四二极管D4的阴极，所述第三二极管D3的阳极连第二开关管Q2；所述第三二极管D3与第二开关管Q2连接上中间节点连接第一变压器T1初级的第一端；所述第一开关管Q1和第四二极管连线上中间节点连接第一变压器T1初级的第二端；所述第一变压器T1次级的第一端连接第一二极管D1的阳极，所述第一二极管D1的阴极连接第二二极管D2的阴极；所述第二二极管D2的阳极连接第一变压器T1次级的第二端；

所述第二级正激变换器包括第三开关管Q3、第四开关管Q4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第二变压器T2；所述第三开关管Q3连接第七二极管D7的阴极，所述第八二极管D8的阳极连第四开关管Q4；所述第八二极管D8与第四开关管Q4连接上中间节点连接第二变压器T2初级的第一端；所述第三开关管Q3和第七二极管连线上中间节点连接第二变压器T2初级的第二端；所述第二变压器T2次级的第一端连接第五二极管D5的阳极，所述第五二极管D5的阴极连接第六二极管D6的阴极；所述第六二极管D6的阳极连接第二变压器T2次级的第二端；

所述第六二极管D6的阴极连接第二二极管D2的阴极；所述第六二极管D6的阳极连接第二二极管D2的阳极；

所述第六二极管D6的阴极和第二二极管D2的阴极连接电感L的第一端，所述第六二极管D6的阳极和第二二极管D2的阳连接电感L的第二端；

所述电感L的第二端连接输出电压的正极。

4.根据权利要求3所述的交错并联双正激充电器，其特征是，

所述第一开关管Q1的源极连接第四二极管D4的阴极，所述第一开关管Q1的漏极连接输入电压正极；第四二极管D4的阳极连接输入电压负极；

所述第三开关管Q3的源极连接第七二极管D7的阴极，所述第三开关管Q3的漏极连接输入电压正极；第七二极管D7的阳极连接输入电压负极。

5.根据权利要求1所述的交错并联双正激充电器，其特征是，

所述输入整流滤波电路的输入电压为185至264V、频率50Hz，输出电压是240VDC至340VDC。

6.根据权利要求1所述的交错并联双正激充电器，其特征是，

所述反馈采样电路包括输出电流采样电路、初级电流平均值限流采样电路、输出电压采样电路和散热器温度采样电路。

7.根据权利要求6所述的交错并联双正激充电器，其特征是，

所述电流采样电路和初级电流平均值限流采样电路都包括运算放大器，所述运算放大器的型号为LM258。

8.根据权利要求1所述的交错并联双正激充电器，其特征是，

所述保护电路包括过热保护、初级过流保护和输出过压保护。

9.根据权利要求8所述的交错并联双正激充电器，其特征是，所述初级过流保护包括运算放大器电路LM258。