CN212447154U - 可反向预充电的三端口车载充电机 - Google Patents

可反向预充电的三端口车载充电机 Download PDF

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刘钧
冯颖盈
姚顺
张昌盛
徐金柱
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Abstract

本实用新型公开了一种可反向预充电的三端口车载充电机，包括连接主变压器T1的原边转换模块、连接主变压器T1副边绕组的副边第一转换模块和副边第二转换模块、以及控制器，在副边第二转换模块的输出线路中串接反向充电模块，所述反向充电模块可向副边第一转换模块或原边转换模块的直流输出母线进行反向充电；本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种可反向预充电的三端口车载充电机，本实用新型是基于原有DCDC变换器进行的改进，反向预充回路与正向DCDC共用功率器件和功率回路，只增加了少量器件，相比于独立的预充电支路降低了体积和成本，且控制方式简单。

Description

可反向预充电的三端口车载充电机
技术领域
本实用新型属于电动汽车充电技术领域，具体涉及一种可反向预充电的三端口车载充电机。
背景技术
随着节能减排，以及控制大气污染的需求，新能源汽车逐渐在市场商用，而电动汽车更是新能源汽车的主力军。电动汽车用电设备输入有较大的电容，一般需要在高压电池和用电设备之间的主继电器上增加预充电回路，先逐渐给电容充电，再闭合主继电器。现有技术中，预充电支路和DCDC变换器是分离的，具有元件多、体积大、成本高、控制复杂的缺陷。
因此，如何设计一种将预充电功能集成在三端口DCDC转换器中，尽可能复用现有DCDC器件，减小体积、降低成本的三端口车载充电机是业界亟待解决的技术问题。
实用新型内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本实用新型提出一种可反向预充电的三端口车载充电机。
本实用新型采用的技术方案是一种可反向预充电的三端口车载充电机，包括连接主变压器T1的原边转换模块、连接主变压器T1副边绕组的副边第一转换模块和副边第二转换模块、以及控制器，在副边第二转换模块的输出线路中串接反向充电模块，所述反向充电模块可向副边第一转换模块或原边转换模块的直流输出母线进行反向充电。
所述反向充电模块包括带有耦合辅助绕组W5的次电感L2，次电感L2的原边绕组串接在所述副边第二转换模块输出线路中，次电感L2副边耦合绕组W5串联一个整流二极管D2后向副边第一转换模块或原边转换模块反向充电。
一个方案中，所述次电感L2副边绕组W5的一端连接所述整流二极管D2的阳极，次电感L2副边绕组W5的另一端连接所述副边第一转换模块的负极输出母线，整流二极管D2的阴极连接副边第一转换模块的正极输出母线。
另一个方案中，所述次电感L2副边绕组W5的一端连接所述整流二极管D2的阳极，次电感L2副边绕组W5的另一端连接所述原边转换模块的负极输出母线，整流二极管D2的阴极连接原边转换模块的正极输出母线。
在反向充电时控制器向副边第二转换模块中的功率开关发送第一PWM控制信号，将副边第二转换模块连接的直流电转换成交流电、并通过所述次电感L2输出反向充电电流。
所述原边转换模块采用全桥结构，包括第一功率开关Q1、第二功率开关Q2、第三功率开关Q3、第四功率开关Q4。
所述副边第一转换模块采用全桥结构，包括第五功率开关Q5、第六功率开关Q6、第七功率开关Q7、第八功率开关Q8。
所述副边第二转换模块包括第九功率开关Q9、第十功率开关Q10、第十一功率开关Q11；所述主变压器T1包括串联的第三副边绕组W3和第四副边绕组W4，所述第九功率开关Q9的漏极连接第三副边绕组W3的同名端，所述第十功率开关Q10的漏极连接第四副边绕组W4的异名端，第三副边绕组W3的异名端连接第四副边绕组W4的同名端、以及连接第十一功率开关Q11的漏极，第九功率开关Q9和第十功率开关Q10的源极共同连接第一二极管D1的阳极和第三电容C3的一端；第十一功率开关Q11的源极连接第一二极管D1的阴极和次电感L2原边绕组的异名端，次电感L2原边绕组的同名端连接第三电容C3的另一端。
本实用新型提供的技术方案的有益效果是：
本实用新型克服了现有技术的不足，提供一种可反向预充电的三端口车载充电机，本实用新型是基于原有DCDC变换器进行的改进，反向预充回路与正向DCDC共用功率器件和功率回路，只增加了少量器件，相比于独立的预充电支路降低了体积和成本，且控制方式简单。
附图说明
下面结合实施例和附图对本实用新型进行详细说明，其中：
图1是本实用新型较佳实施例副边第二转换模块控制时序图；
图2是本实用新型反向充电模块向副边第一转换模块反向充电电路图；
图3是本实用新型较佳实施例电路图；
图4是本实用新型反向充电模块向原边转换模块反向充电电路图；
图5是图4中二极管另一种连接方式；
图6是图2中二极管另一种连接方式。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型公开了一种可反向预充电的三端口车载充电机，包括连接主变压器T1的原边转换模块、连接主变压器T1副边绕组的副边第一转换模块和副边第二转换模块、以及控制器，在副边第二转换模块的输出线路中串接反向充电模块，所述反向充电模块可向副边第一转换模块或原边转换模块的直流输出母线进行反向充电。
本实用新型在整机上电时反向充电模块可以向连接在副边第一转换模块直流母线上的用电设备等效电容进行预充电。在整机启动时，主继电器断开高压电池包C2，由低压蓄电池C3通过反向充电模块向用电设备等效电容充电，先用小电流缓慢给用电设备等效电容预充电，等电容电压升高充电电流变小之后结束预充电，闭合主继电器，由高压电池包C2给用电设备供电、并通过副边第一转换模块和副边第二转换模块向低压蓄电池C3和低压侧的其它负载供电。预充电属于反向工作。在预充电结束后：本电路可以长期处于反向工作；也可以停止反向工作转入正向工作，即副边第一转换模块向用电设备电容正常供电、并向副边第二转换模块供电。
参看图2、3、4、5、6示出的电路图，所述反向充电模块包括带有耦合辅助绕组W5的次电感L2，次电感L2的原边绕组串接在所述副边第二转换模块输出线路中，次电感L2副边耦合绕组W5串联一个整流二极管D2后向副边第一转换模块或原边转换模块反向充电。
参看图2和图3示出的实施例，所述次电感L2副边绕组W5的一端连接所述整流二极管D2的阳极，次电感L2副边绕组W5的另一端连接所述副边第一转换模块的负极输出母线，整流二极管D2的阴极连接副边第一转换模块的正极输出母线。
图6示出了图2中二极管另一种连接方式。所述次电感L2副边绕组W5的一端连接副边第一转换模块的正极输出母线，次电感L2副边绕组W5的另一端连接所述整流二极管D2的阳极，所述副边第一转换模块的负极输出母线连接整流二极管D2的阴极。
参看图4示出的实施例，本实用新型反向充电模块可以向原边转换模块反向充电。所述次电感L2副边绕组W5的一端连接所述整流二极管D2的阳极，次电感L2副边绕组W5的另一端连接所述原边转换模块的负极输出母线，整流二极管D2的阴极连接原边转换模块的正极输出母线。由于反向预充方案，增加的输出电感耦合，仅仅是因为给低压输出电感做去磁，并不提供稳态情况的传输能量。因此，在反向预充的绝大部分过程中，能量还是从主变压器的W3和W4绕组，传递到W1，W2绕组中，原边转换电路和副边转换电路同时会获取能量，且两侧的电压基本满足W1和W2的匝比关系。从这个角度上来说，整流二极管D2接到原边转换模块，也可以实现类似的预充效果。
图5示出了图4中二极管另一种连接方式。所述次电感L2副边绕组W5的一端连接所述原边转换模块的正极输出母线，次电感L2副边绕组W5的另一端连接所述整流二极管D2的阴极，所述整流二极管D2的阳极连接原边转换模块的负极输出母线。
参看图3示出的较佳实施例控制电路图，在反向充电时控制器向副边第二转换模块中的功率开关（图2中的Q9、Q10）发送第一PWM控制信号，将副边第二转换模块连接的直流电转换成交流电、并通过所述次电感L2输出反向充电电流。参看图1，反向充电时功率开关Q9、Q10接受第一PWM控制信号控制，交替工作，对变压器T1进行励磁，同时也对次电感L2进行励磁。Q11保持导通。
参看图1示出的较佳实施例副边第二转换模块控制时序图。所述车载充电机包括缓起阶段和闭环充电阶段，左侧属于缓起阶段，右侧属于闭环充电阶段。在缓起阶段第一PWM控制信号的占空比的范围为0%至50%，在闭环充电阶段第一PWM控制信号的占空比为50%至99%。在所述缓起阶段，所述控制器控制原边转换模块和副边第一转换模块中的所有功率开关截止, 当Q9和Q10占空比小于等于50%情况下，Q9、Q10关断时，次电感L2的低压侧绕组能量通过其高压侧的绕组进行去磁，并通过整流二极管D2将电流传递到高压HV侧的母线电容C2中。当Q9和Q10占空比大于50%情况下，次电感L2的低压侧绕组能量，部分通过L2的高压侧绕组传递到HV侧母线电容C2中，还有部分电感L2 的低压绕组能量，通过主变压器T1的AC原边绕组W1、HV侧副边绕组W2，分别传递到AC的PFC母线电压和HV输出高压中。稳定过程中，HV侧的预充电压和AC侧PFC母线电压的对应关系由W1和W2 的匝比决定。反向工作时为推挽加升压模式，推挽模式下，Q9、Q10输出占空比一致，相位相差180°，Q9、Q10占空比小于50%时设置为缓起策略，C3直流电压经过MOS管Q9和Q10斩波转换成交流电压，通过变压器T1转换到副边第一转换模块交流输入侧，经Q5至Q8管自带的二极管整流后传输给C2，同时L2存储的能量经过反激绕组回路释放到副边第一转换模块中直流母线侧；升压模式下, Q9、Q10占空比大于50%，此时次电感L2储能，当Q9、Q10关断时，次电感L2存储的能量经过变压器T1或反激绕组回路释放到副边第一转换模块直流母线上。
在较佳实施例中，所述原边转换模块采用全桥结构，包括第一功率开关Q1、第二功率开关Q2、第三功率开关Q3、第四功率开关Q4。
在较佳实施例中，所述副边第一转换模块采用全桥结构，包括第五功率开关Q5、第六功率开关Q6、第七功率开关Q7、第八功率开关Q8。
在较佳实施例中，所述副边第二转换模块包括第九功率开关Q9、第十功率开关Q10、第十一功率开关Q11；所述主变压器T1包括串联的第三副边绕组W3和第四副边绕组W4，所述第九功率开关Q9的漏极连接第三副边绕组W3的同名端，所述第十功率开关Q10的漏极连接第四副边绕组W4的异名端，第三副边绕组W3的异名端连接第四副边绕组W4的同名端、以及连接第十一功率开关Q11的漏极，第九功率开关Q9和第十功率开关Q10的源极共同连接第一二极管D1的阳极和第三电容C3的一端；第十一功率开关Q11的源极连接第一二极管D1的阴极和次电感L2原边绕组的异名端，次电感L2原边绕组的同名端连接第三电容C3的另一端。
以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (8)

1.一种可反向预充电的三端口车载充电机，包括连接主变压器T1的原边转换模块、连接主变压器T1副边绕组的副边第一转换模块和副边第二转换模块、以及控制器，其特征在于：在副边第二转换模块的输出线路中串接反向充电模块，所述反向充电模块可向副边第一转换模块或原边转换模块的直流输出母线进行反向充电。
2.如权利要求1所述的可反向预充电的三端口车载充电机，其特征在于：所述反向充电模块包括带有耦合辅助绕组W5的次电感L2，次电感L2的原边绕组串接在所述副边第二转换模块输出线路中，次电感L2副边耦合绕组W5串联一个整流二极管D2后向副边第一转换模块或原边转换模块反向充电。
3.如权利要求2所述的可反向预充电的三端口车载充电机，其特征在于：所述次电感L2副边绕组W5的一端连接所述整流二极管D2的阳极，次电感L2副边绕组W5的另一端连接所述副边第一转换模块的负极输出母线，整流二极管D2的阴极连接副边第一转换模块的正极输出母线。
4.如权利要求2所述的可反向预充电的三端口车载充电机，其特征在于：所述次电感L2副边绕组W5的一端连接所述整流二极管D2的阳极，次电感L2副边绕组W5的另一端连接所述原边转换模块的负极输出母线，整流二极管D2的阴极连接原边转换模块的正极输出母线。
5.如权利要求3或4所述的可反向预充电的三端口车载充电机，其特征在于：在反向充电时控制器向副边第二转换模块中的功率开关发送第一PWM控制信号，将副边第二转换模块连接的直流电转换成交流电、并通过所述次电感L2输出反向充电电流。
6.如权利要求1所述的可反向预充电的三端口车载充电机，其特征在于：所述原边转换模块采用全桥结构，包括第一功率开关Q1、第二功率开关Q2、第三功率开关Q3、第四功率开关Q4。
7.如权利要求1所述的可反向预充电的三端口车载充电机，其特征在于：所述副边第一转换模块采用全桥结构，包括第五功率开关Q5、第六功率开关Q6、第七功率开关Q7、第八功率开关Q8。
8.如权利要求1所述的可反向预充电的三端口车载充电机，其特征在于：所述副边第二转换模块包括第九功率开关Q9、第十功率开关Q10、第十一功率开关Q11；所述主变压器T1包括串联的第三副边绕组W3和第四副边绕组W4，所述第九功率开关Q9的漏极连接第三副边绕组W3的同名端，所述第十功率开关Q10的漏极连接第四副边绕组W4的异名端，第三副边绕组W3的异名端连接第四副边绕组W4的同名端、以及连接第十一功率开关Q11的漏极，第九功率开关Q9和第十功率开关Q10的源极共同连接第一二极管D1的阳极和第三电容C3的一端；第十一功率开关Q11的源极连接第一二极管D1的阴极和次电感L2原边绕组的异名端，次电感L2原边绕组的同名端连接第三电容C3的另一端。
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