CN216356076U - 一种三相充电模块的电路结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种三相充电模结构块的电路结构，包括依次连接的三相输入三电平电路拓朴、DC‑DC变换器电路拓朴、检测反馈电路和安全保护电路拓朴，所述三相输入三电平电路拓朴由A相电路、B相电路和C相电路组成，所述A相电路、B相电路和C相电路的一输入端分别连接三相交流电源三相线，其另一输入端连接形成公共端GND。实施本实用新型三相充电模块的电路结构，损耗小，高电压输出，调压范围宽，多重电路保护，可靠性高，使用寿命长，成本低，易于市场推广。

Description

一种三相充电模块的电路结构

技术领域

本实用新型涉及一种充电控制技术领域，特别涉及一种三相充电模块的电路结构。

背景技术

随着新能源电动汽车的快速发展，充电设备作为电动汽车产业的基础建设越来越受到重视，对充电设备的要求也越来越高，作为充电设备中最重要部分的充电模块拓朴电路，不仅提供能源电力，还可以对充电设备进行控制、转换及保护，保证充电设备的稳定性和可靠性。

目前，现有充电模块大多采用传统的通信电源、电力操作电源的无桥PFC或者BOOST-PFC拓朴电路结构，其中，DC-DC变换器采用隔离式桥式移相变换器电路拓朴，充电模块存在损耗大，输出电压范围窄，输出电压不稳定，可靠性差，且成本也较高。

实用新型内容

为了解决以上充电模块的问题，本实用新型提供了一种可靠性高，输出电压高，输出电压范围宽，损耗小，成本低的三相充电模块的电路结构。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型公开了一种三相充电模块的电路结构，包括依次连接的三相输入三电平电路拓朴、DC-DC变换器电路拓朴、检测反馈电路和安全保护电路拓朴，所述三相输入三电平电路拓朴由A相电路、B相电路和C相电路组成，所述A相电路、B相电路和C相电路的一输入端分别连接三相交流电源三相线，其另一输入端连接形成公共端GND，所述A相电路包括：由第一整流桥D7和第一MOS管Q10组成的第一双向开关、由第二整流桥D8和第二MOS管Q11组成的第二双向开关，所述第一整流桥D7的脚2连接变压器LT1的脚4，所述第一整流桥D7的脚1连接第一MOS管Q10的D极和第一快恢复二极管D9的正极的公共端，所述第一整流桥D7的脚4连接第二快恢复二极管D11的负极和第一MOS管Q10的S极的公共端，所述第一快恢复二极管D9的负极连接第三快恢复二极管D10的负极和正电压输出端的公共端，所述第二快恢复二极管D11的正极连接第四快恢复二极管D12的正极和负电压输出端的公共端，所述第三快恢复二极管D10的正极连接第二MOS管Q11的D极和第二整流桥D8的脚1的公共端，所述第四快恢复二极管D12的负极连接第二MOS管Q11的S极和第二整流桥D8的脚4的公共端，所述第二整流桥D8的脚2连接变压器LT1的脚2，所述变压器LT1的脚1通过第一电感LC1连接三相交流电源的A相线，三相交流电源的A相线与GND端之间连接滤波电容C12，所述第一整流桥D7的脚3和第二整流桥D8的脚3均与GND端相连接，第一电解电容E4的负极与第二电解电容E5的正极连接后并与GND端相连接，所述第一电解电容E4的正极连接正电压输出端，所述第二电解电容E5的负极连接负电压输出端。

进一步地，所述A相电路、B相电路和C相电路的电路结构相同。

进一步地，所述DC-DC变换器电路拓朴包括第二电感BKL1和第三电感BKL2，所述第二电感BKL1的一端连接第一续流快恢复二极管DS1的负极和第一MOS开关管QS1的S极的公共端，所述第一MOS开关管QS1的D极连接第一熔断器FS1一端，所述第一熔断器FS1另一端连接第三电解电容E1的正极，所述第二电感BKL1另一端连接检测反馈电路的第一输入端；所述第三电感BKL2的一端连接第二续流快恢复二极管DS2的正极和第二MOS开关管QS2的D极的公共端，所述第二MOS开关管QS2的S极连接第二熔断器FS2一端，所述第二熔断器FS2另一端连接第四电解电容E2的负极；所述第四电解电容E2的正极与第三电解电容E1的负极连接后与三相交流电源的公共端GND连接；所述第一续流快恢复二极管DS1的正极与第二续流快恢复二极管DS2的负极相连接后与三相交流电源的公共端GND连接连接；所述第三电感BKL2另一端连接第五电解电容E3的负极，第五电解电容E3的正极连接检测反馈电路的第二输入端。

进一步地，所述安全保护电路拓朴包括单向保护开关和开关管QT1，所述单向保护开关的脚2和脚3相连接并与所述DC-DC变换器电路拓朴的第一输出端连接，所述单向保护开关的脚1连接所述开关管QT1的D极，所述开关管QT1的S极通过分流电阻RS1连接直流电压输出电路的正极输出端，所述直流电压输出电路的负极输出端连接所述DC-DC变换器电路拓朴的第二输出端。

进一步地，所述安全保护电路拓朴还包括独立控制电路，所述独立控制电路与开关管QT1的G极连接。

进一步地，所述单向保护开关为整流桥BD1、或整流二极管，用于反阻电池电流倒灌。

进一步地，所述开关管QT1为大功率三极管、MOSFET管、或IGBT管。

进一步地，所述检测反馈电路为霍尔电流传感器，用于电流检测及反馈。

进一步地，所述DC-DC变换器电路拓朴输出直流电压范围为50～750V。

进一步地，所述A相电路中第一MOS管Q10和第二MOS管Q11相差为180度，占空比均为0～98％。

实施本实用新型的一种三相充电模块的电路结构，具有以下有益的技术效果：

实施本实用新型三相充电模块的电路结构，损耗小，高电压输出，调压范围宽，多重电路保护，可靠性高，使用寿命长，成本低，易于市场推广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型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是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型的三相充电模块的电路结构的功能方框图；

图2为本实用新型的三相充电模块的电路结构中A相电路结构图；

图3为本实用新型的三相充电模块的电路结构的部分电路结构图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1、图2及图3，本实用新型的实施例提供了一种三相充电模块的电路结构，包括依次连接的三相输入三电平电路拓朴10、DC-DC变换器电路拓朴20、检测反馈电路30和安全保护电路拓朴40，所述三相输入三电平电路拓朴10由A相电路101、B相电路102和C相电路103组成，所述A相电路101、B相电路102和C相电路103的一输入端分别连接三相交流电源三相线，其另一输入端连接形成公共端GND，所述A相电路101包括：由第一整流桥D7和第一MOS管Q10组成的第一双向开关、由第二整流桥D8和第二MOS管Q11组成的第二双向开关，所述第一整流桥D7的脚2连接变压器LT1的脚4，所述第一整流桥D7的脚1连接第一MOS管Q10的D极和第一快恢复二极管D9的正极的公共端，所述第一整流桥D7的脚4连接第二快恢复二极管D11的负极和第一MOS管Q10的S极的公共端，所述第一快恢复二极管D9的负极连接第三快恢复二极管D10的负极和正电压输出端的公共端，所述第二快恢复二极管D11的正极连接第四快恢复二极管D12的正极和负电压输出端的公共端，所述第三快恢复二极管D10的正极连接第二MOS管Q11的D极和第二整流桥D8的脚1的公共端，所述第四快恢复二极管D12的负极连接第二MOS管Q11的S极和第二整流桥D8的脚4的公共端，所述第二整流桥D8的脚2连接变压器LT1的脚2，所述变压器LT1的脚1通过第一电感LC1连接三相交流电源的A相线，三相交流电源的A相线与GND端之间连接滤波电容C12，所述第一整流桥D7的脚3和第二整流桥D8的脚3均与GND端相连接，第一电解电容E4的负极与第二电解电容E5的正极连接后并与GND端相连接，所述第一电解电容E4的正极连接正电压输出端，所述第二电解电容E5的负极连接负电压输出端。

优选地，A相电路101中第一MOS管Q10和第二MOS管Q11相差为180度，占空比均为0～98％。

A相电路101、B相电路102和C相电路103的电路结构相同，由于矢量Ua+Ub+Uc＝0，三电平三相PFC电路组合成三相三线制三电平PFC电路。D7和Q10组成第一双向开关，D8和Q11组成第二双向开关；D9和D10为正向母线快恢复二极管，D11和D12为负向母线快恢复二极管；LC1为PFC电感，LT1为变压器；LC1、LT1(二绕组之一个绕组)、D14、Q10、D9、D11、E6、E7组成完整的一相APFC电路；LC1、LT1(二绕组之另一个绕组)、D10、Q11、D12、D11、E6、E7组成完整的一相APFC电路。两组完全相同的电路并联，驱动脉冲相位差180度，实现交错并联的电路拓扑。

相同结构的A相电路101、B相电路102和C相电路103组合为完整的三相三电平交错APFC电路，交错维也纳APFC变换电路拓扑适合于更大功率，更低谐波要求的APFC电路中。

其中，APFC电路为有源功率因数校正(Active Power Factor Correction，简称APFC)技术因能提高电力电子装置网侧功率因数，降低线路损耗，节约能源，减少电网谐波污染，提高电网供电质量等优点，在许多行业中得到广泛的应用。

DC-DC变换器电路拓朴20包括第二电感BKL1和第三电感BKL2，所述第二电感BKL1的一端连接第一续流快恢复二极管DS1的负极和第一MOS开关管QS1的S极的公共端，所述第一MOS开关管QS1的D极连接第一熔断器FS1一端，所述第一熔断器FS1另一端连接第三电解电容E1的正极，所述第二电感BKL1另一端连接检测反馈电路的第一输入端；所述第三电感BKL2的一端连接第二续流快恢复二极管DS2的正极和第二MOS开关管QS2的D极的公共端，所述第二MOS开关管QS2的S极连接第二熔断器FS2一端，所述第二熔断器FS2另一端连接第四电解电容E2的负极；所述第四电解电容E2的正极与第三电解电容E1的负极连接后与三相交流电源的公共端GND连接；所述第一续流快恢复二极管DS1的正极与第二续流快恢复二极管DS2的负极相连接后与三相交流电源的公共端GND连接连接；所述第三电感BKL2另一端连接第五电解电容E3的负极，第五电解电容E3的正极连接检测反馈电路的第二输入端。

优选地，DC-DC变换器电路拓朴20输出直流电压范围为50～750V。

安全保护电路拓朴40包括单向保护开关和开关管QT1，所述单向保护开关的脚2和脚3相连接并与所述DC-DC变换器电路拓朴20的第一输出端连接，所述单向保护开关的脚1连接所述开关管QT1的D极，所述开关管QT1的S极通过分流电阻RS1连接直流电压输出电路的正极输出端，所述直流电压输出电路的负极输出端连接所述DC-DC变换器电路拓朴20的第二输出端。

优选地，安全保护电路拓朴40还包括独立控制电路，所述独立控制电路与开关管QT1的G极连接，独立控制电路是不受电源模块主控制板的控制，由自身单元的控制电路控制。

进一步地，单向保护开关为整流桥BD1、或整流二极管，用于反阻电池电流倒灌，优选地，单向保护开关为整流桥BD1。

进一步地，开关管QT1为大功率三极管、MOSFET管、或IGBT管，优选地，开关管QT1为大功率三极管。

检测反馈电路30为霍尔电流传感器HR1，用于检测并反馈所述DC-DC变换电路的输出直流电流输送到控制电路，控制电路将输出电流处理控制信号。

进一步说明：

本实用新型的三相充电模块的电路结构中，三相输入三电平电路拓朴的A相电路，其输入交流220VAC，输出直流±400VDC，B、C两相电路结构完全同于A相电路，将各自输出连接在一起并与GND_AUX连接在一起组成完整的三相三线制APFC电路。

A相电路、B相电路和C相电路中，每相电路单元设有LT1变压器，连接在一起组成交错并联的拓扑结构。

DC-DC变换器电路拓朴为三电平BUCK变换器，实现DC/DC变换，输入直流电压±400VDC，输出直流电压范围为50-750VDC。

DC-DC变换器电路拓朴的BKL1(第二电感BKL1)和BKL2(第三电感BKL2)为变换器电感，可以是两个，也可以是一个；QS1(第一MOS开关管)和QS2(第二MOS开关管)为变换电路的功率开关管，QS1和QS2两管导通相位180°，占空比0-98％；DS1和DS2为续流快恢复二极管；E3(第五电解电容E3)为输出滤波电容器。

DC-DC变换器电路拓朴中各器件应力小，电感器、电容器比二电平变换器小一半，因此高电压宽范围变换器三电平比二电平变换器更有优势。

安全保护电路拓朴、由第一熔断器FS1和第二熔断器FS1组成熔断保护电路，用于实现过流保护、过压保护、短路保护及损坏保护。

安全保护电路拓朴由整流桥BD1、开关管QT1、分流电阻RS1组成，开关管QT1的G极连接独立控制电路，独立控制电路是不受电源模块主控制板的控制，由自身单元的控制电路控制。整流桥BD1用于反阻电池电流倒灌，也可以采用整流二极管；开关管QT1是大功率三极管、MOSFET或IGBT等器件并联组成(同类器件才能并联)。RS1分流器(分流电阻RS1)用于检测输出电流，当输出电流超过阈值控制时独立控制电路控制QT1关闭，切断充电模块与电池系统的链接。

实施本实用新型的一种三相充电模块的电路结构，具有以下有益的技术效果：

1.本实用新型采用由A相电路、B相电路和C相电路组成的三相三线制三电平PFC电路、DC-DC变换器电路拓朴、检测反馈电路及安全保护电路，电路结构简单，三相电路平衡，提高了充电设备功率，生产成本低。

2.本实用新型采用安全保护电路及保险丝电路，多重保护结构，提高了充电可靠性，降低了设备故障率。

3.本实用新型的三相充电模块的电路结构区别现有技术中采用隔离拓扑，由于没有隔离，充电效率更高，损耗小。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种三相充电模块的电路结构，包括依次连接的三相输入三电平电路拓朴、DC-DC变换器电路拓朴、检测反馈电路和安全保护电路拓朴，所述三相输入三电平电路拓朴由A相电路、B相电路和C相电路组成，所述A相电路、B相电路和C相电路的一输入端分别连接三相交流电源三相线，其另一输入端连接形成公共端GND，其特征在于，所述A相电路包括：由第一整流桥D7和第一MOS管Q10组成的第一双向开关、由第二整流桥D8和第二MOS管Q11组成的第二双向开关，所述第一整流桥D7的脚2连接变压器LT1的脚4，所述第一整流桥D7的脚1连接第一MOS管Q10的D极和第一快恢复二极管D9的正极的公共端，所述第一整流桥D7的脚4连接第二快恢复二极管D11的负极和第一MOS管Q10的S极的公共端，所述第一快恢复二极管D9的负极连接第三快恢复二极管D10的负极和正电压输出端的公共端，所述第二快恢复二极管D11的正极连接第四快恢复二极管D12的正极和负电压输出端的公共端，所述第三快恢复二极管D10的正极连接第二MOS管Q11的D极和第二整流桥D8的脚1的公共端，所述第四快恢复二极管D12的负极连接第二MOS管Q11的S极和第二整流桥D8的脚4的公共端，所述第二整流桥D8的脚2连接变压器LT1的脚2，所述变压器LT1的脚1通过第一电感LC1连接三相交流电源的A相线，三相交流电源的A相线与GND端之间连接滤波电容C12，所述第一整流桥D7的脚3和第二整流桥D8的脚3均与GND端相连接，第一电解电容E4的负极与第二电解电容E5的正极连接后并与GND端相连接，所述第一电解电容E4的正极连接正电压输出端，所述第二电解电容E5的负极连接负电压输出端。

2.根据权利要求1所述的三相充电模块的电路结构，其特征在于，所述A相电路、B相电路和C相电路的电路结构相同。

3.根据权利要求1所述的三相充电模块的电路结构，其特征在于，所述DC-DC变换器电路拓朴包括第二电感BKL1和第三电感BKL2，所述第二电感BKL1的一端连接第一续流快恢复二极管DS1的负极和第一MOS开关管QS1的S极的公共端，所述第一MOS开关管QS1的D极连接第一熔断器FS1一端，所述第一熔断器FS1另一端连接第三电解电容E1的正极，所述第二电感BKL1另一端连接检测反馈电路的第一输入端；所述第三电感BKL2的一端连接第二续流快恢复二极管DS2的正极和第二MOS开关管QS2的D极的公共端，所述第二MOS开关管QS2的S极连接第二熔断器FS2一端，所述第二熔断器FS2另一端连接第四电解电容E2的负极；所述第四电解电容E2的正极与第三电解电容E1的负极连接后与三相交流电源的公共端GND连接；所述第一续流快恢复二极管DS1的正极与第二续流快恢复二极管DS2的负极相连接后与三相交流电源的公共端GND连接连接；所述第三电感BKL2另一端连接第五电解电容E3的负极，第五电解电容E3的正极连接检测反馈电路的第二输入端。

4.根据权利要求1所述的三相充电模块的电路结构，其特征在于，所述安全保护电路拓朴包括单向保护开关和开关管QT1，所述单向保护开关的脚2和脚3相连接并与所述DC-DC变换器电路拓朴的第一输出端连接，所述单向保护开关的脚1连接所述开关管QT1的D极，所述开关管QT1的S极通过分流电阻RS1连接直流电压输出电路的正极输出端，所述直流电压输出电路的负极输出端连接所述DC-DC变换器电路拓朴的第二输出端。

5.根据权利要求4所述的三相充电模块的电路结构，其特征在于，所述安全保护电路拓朴还包括独立控制电路，所述独立控制电路与开关管QT1的G极连接。

6.根据权利要求5所述的三相充电模块的电路结构，其特征在于，所述开关管QT1为大功率三极管、MOSSFET管、或IGBT管。

7.根据权利要求1所述的三相充电模块的电路结构，其特征在于，所述检测反馈电路为霍尔电流传感器，用于电流检测及反馈。

8.根据权利要求1所述的三相充电模块的电路结构，其特征在于，所述DC-DC变换器电路拓朴输出直流电压范围为50～750V。

9.根据权利要求1所述的三相充电模块的电路结构，其特征在于，所述A相电路中第一MOS管Q10和第二MOS管Q11相差为180度，占空比均为0～98％。

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