CN218829209U - 一种直流充电模块电路及充电桩 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种直流充电模块电路及充电桩，包括三相交流输入端、AC/DC转换模块、DC/DC转换模块，AC/DC转换模块包括电感储能组件、二极管整流组件、开关管组件及储能电容组件；电感储能组件连接于三相交流输入端与二极管整流组件之间，二极管整流组件的输出端为AC/DC转换模块的直流输出端；电感储能组件还连接于三相交流输入端与开关管组件之间，开关管组件的另一端连接储能电容组件，储能电容组件连接于AC/DC转换模块的直流输出端之间，利用电感储能组件、二极管整流组件及开关管组件组成有源功率控制器，通过开关管的导通闭合使输入电流跟踪响应输入电压的变化，从而实现输入电流和输入电压为同频同相的正弦波，提高功率因数，从而降低电网谐波污染。

Description

一种直流充电模块电路及充电桩

技术领域

本实用新型涉及直流充电领域，特别涉及一种直流充电模块电路及充电桩。

背景技术

充电桩作为电动汽车发展的基础设施，对于推动电动汽车跨越式发展和实现电动汽车产业化具有非常重要的作用。根据充电速度的快慢，可把充电桩分为直流充电桩和交流充电桩，直流充电模块作为直流充电桩的核心模块，其性能及安全性决定了充电桩的充电效率和使用寿命。

AC/DC变换电路即我们通常所说的整流电路，其功能是将交流电转变为直流电，整流电路按照交流电源输入的相数可大致分为单相整流电路和三相整流电路，通常情况下，小功率场合使用单相整流电路，中、大功率场合使用三相整流电路。传统的三相整流电路结构为桥式，其中使用的器件为二极管，虽然具有电路结构简单、器件少以及价格低廉的特点，但其整流过程不可控，从而输出的电流波形会产生严重的畸变，造成较为严重的谐波污染，不能满足EMC测试指标。

有鉴于此，如何减少直流充电中造成的谐波污染为本领域需要解决的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种直流充电模块电路及充电桩。

本实用新型要解决的是的现有整流电路造成较为严重的谐波污染的问题。

为了解决上述问题，本实用新型通过以下技术方案实现：

一种直流充电模块电路，包括三相交流输入端、AC/DC转换模块、DC/DC转换模块；

AC/DC转换模块包括电感储能组件、二极管整流组件、开关管组件及储能电容组件；所述电感储能组件连接于所述三相交流输入端与所述二极管整流组件之间，所述二极管整流组件的输出端为所述AC/DC转换模块的直流输出端；所述电感储能组件还连接于所述三相交流输入端与所述开关管组件之间，所述开关管组件的另一端连接所述储能电容组件，所述储能电容组件连接于AC/DC转换模块的直流输出端之间；

所述DC/DC转换模块包括与所述直流输出端相连的滤波电容组及两组LLC谐振变换电路，每一所述LLC谐振变换电路包括方波发生电路、谐振电路、变压器及输出整流电路；滤波电容组包括两个串联的滤波电容，所述第一组LLC谐振变换电路的方波发生器并联在所述直流输出端的正极与两个滤波电容的公共端之间，所述第二组LLC谐振变换电路的方波发生器并联在两个滤波电容的公共端与所述直流输出端的负极之间；方波发生电路的输出端连接谐振电路后接入所述变压器的一次侧绕组，所述输出整流电路与所述变压器的二次侧绕组相连。

进一步地，所述电感储能组件包括分别连接于三相交流输入端的共模电感、差模电感及PFC电感。

进一步地，所述二极管整流组件包括阳极与所述电感储能组件相连的第一二极管组以及阴极与所述电感储能组件相连的第二二极管组，所述第一二极管的阴极为直流输出端的正极，所述第二二极管的阳极为直流输出端的负极，所述三相交流输入的每一相与直流输出端的正极通过至少2个二极管相连，所述三相交流输入的每一相与直流输出端的负极通过至少2个二极管相连。

进一步地，所述开关管组件包括与三相交流输入端一一对应的开关管单元，每一所述开关管单元包括漏极与所述电感储能组件的输出端相连的第一开关管及第二开关管、源极与所述第一开关管的源极相连的第三开关管、源极与所述第二开关管的源极相连的第四开关管，所述第三开关管及所述第四开关管的漏极与所述储能电容组件相连。

进一步地，所述开关管组件中的开关管均采用NMOS管。

进一步地，所述储能电容组件包括与直流输出端正极相连的第一电容组及与直流输出端负极相连的第二电容组，所述第一电容组与所述第二电容组串联，所述第一电容组及所述第二电容组均包括并联的四个电容，所述开关管组件的输出端连接于所述第一电容组与所述第二电容组的公共端。

进一步地，所述方波发生器包括三个并联的开关管组件，每一所述开关管组件包括串联的两NMOS管，所述谐振电路连接于所述两NMOS管的公共端。

进一步地，所述谐振电路包括与所述开关管组件一一对应的三个谐振组件，每一所述谐振组件包括串联的电容与电感，所述电容与所述开关管组件相连，所述电感与所述变压器的一次侧绕组相连，所述变压器与所述谐振组件一一对应。

进一步地，所述输出整流电路包括连接于所述变压器二次侧绕组的整流单元以及并联在所述整流单元输出端之间的滤波单元。

一种充电桩，包括上述的直流充电模块电路。

与现有技术相比，本实用新型技术方案及其有益效果如下：

(1)本实用新型的直流充电模块电路，在AC/DC转换模块，利用电感储能组件、二极管整流组件及开关管组件组成有源功率控制器，通过开关管的导通闭合使输入电流跟踪响应输入电压的变化，从而实现输入电流和输入电压为同频同相的正弦波，提高功率因数，从而降低电网谐波污染。

(2)本实用新型的DC/DC转换模块包括两组LLC谐振变换电路，且每组LLC谐振变换电路均为三电平LLC谐振变换电路，降低了输入三电平LLC谐振电路功率器件的要求，便于扩展到更高输出功率的应用领域。

(3)本实用新型的输出整流组件的整流单元，通过六个二极管形成三个全桥整流结构，以最少的二极管数量满足每一变压器的二次绕组均连接全桥整流结构。

(4)本实用新型的三相交流输入的每一相与直流输出端的正极通过至少两个二极管相连，三相交流输入的每一相与直流输出端的负极通过至少两个二极管相连，从而使得线路能够承受更大的电流，并且每一相其中一个二极管损坏后，另一二极管还能继续维持线路的正常工作。

(5)本实用新型的开关管组件包括与三相交流输入端一一对应的开关管单元，每一开关管单元包括两组反接的开关管，两组开关管并列，从而使得线路能够承受更大的电流，并且某一开关管损坏后，另一组开关管还能继续维持线路的正常工作。

附图说明

图1本实用新型实施例提供的一种直流充电模块电路的模块图；

图2本实用新型实施例提供的AC/DC转换模块的电路原理图；

图3本实用新型实施例提供的DC/DC转换模块的电路原理图。

图示说明：

三相交流输入端-1；

AC/DC转换模块-100；电感储能组件-11；二极管整流组件-12；开关管组件-13；开关管单元-130；储能电容组件-14；第一电容组-141；第二电容组-142；

DC/DC转换模块-200；滤波电容组-201；两组LLC谐振变换电路-202；方波发生电路21；谐振电路-22；变压器-23；输出整流电路-24。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。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。

参阅图1，一种直流充电模块电路，包括三相交流输入端1、AC/DC转换模块100及DC/DC转换模块200。

AC/DC转换模块100包括电感储能组件11、二极管整流组件12、开关管组件13及储能电容组件14。电感储能组件11连接于三相交流输入端1与二极管整流组件12之间，二极管整流组件12的输出端为AC/DC转换模块100的直流输出端，电感储能组件11还连接于三相交流输入端1与开关管组件13之间，开关管组件13的另一端连接储能电容组件14，储能电容组件14连接于AC/DC转换模块100的直流输出端的正负极之间。通过电感储能组件11、二极管整流组件12及开关管组件13组成有源功率控制器，通过开关管的导通闭合使输入电流跟踪响应输入电压的变化，从而实现输入电流和输入电压为同频同相的正弦波，提高功率因数，从而降低电网谐波污染。

DC/DC转换模块200包括与直流输出端相连的滤波电容组201及两组LLC谐振变换电路202，LLC谐振变换电路202包括方波发生电路21、谐振电路22、变压器23及输出整流电路24。滤波电容组201包括两个串联的滤波电容，第一组LLC谐振变换电路的方波发生器21并联在直流输出端的正极与两个滤波电容的公共端之间，第二组LLC谐振变换电路的方波发生器21并联在两个滤波电容的公共端与直流输出端的负极之间。方波发生电路21的输出端连接谐振电路22后接入变压器23的一次侧绕组，输出整流电路24与变压器23的二次侧绕组相连。

参阅图2，电感储能组件11包括分别连接于三相交流输入端的共模电感L7、共模电感L8、差模电感L1-L3及PFC电感L4-L6。满足在交流电正半周输入时储能，同时共模电感及差模电感还可以减少辐射及高频共模噪音，形成抗干扰电路；PFC电感提高功率因数。

本实施例中，a相连接共膜电感L7、共膜电感L8、差模电感L1及PFC电感L4；b相连接共膜电感L7、共膜电感L8、差模电感L2及PFC电感L5；c相连接共膜电感L7、共膜电感L8、差模电感L3及PFC电感L6。

二极管整流组件12包括阳极与电感储能组件11相连的第一二极管组以及阴极与电感储能组件相连11的第二二极管组，第一二极管的阴极为直流输出端的正极，第二二极管的阳极为直流输出端的负极。三相交流输入的每一相与直流输出端的正极通过至少2个二极管相连，三相交流输入的每一相与直流输出端的负极通过至少2个二极管相连，从而使得线路能够承受更大的电流，并且每一相其中一个二极管损坏后，另一二极管还能继续维持线路的正常工作。

继续参与图2，开关管组件13包括与三相交流输入端1一一对应的开关管单元130，每一开关管单元130包括漏极与电感储能组件11的输出端相连的第一开关管Q11及第二开关管Q12、源极与第一开关管Q11的源极相连的第三开关管Q13、源极与第二开关管Q12的源极相连的第四开关管Q14，第三开关管Q13及第四开关管Q14的漏极与储能电容组件14相连。开关管组件13中的开关管均采用NMOS管。

本实施例中，PFC电感L4远离三交流输入端1的一端连接一开关管单元(Q11-Q14),PFC电感L5远离三交流输入端1的一端连接一开关管单元(Q15-Q18),PFC电感L6远离三交流输入端1的一端连接一开关管单元(Q19-Q22),每一开关管单元的连接方式均如前述。每一开关管单元的输出端相连后与储能电容组件14相连。

储能电容组件14包括与直流输出端正极相连的第一电容组141及与直流输出端负极相连的第二电容组142，第一电容组141与第二电容组142串联。每一电容组包括并联的四个电容，开关管组件13的输出端连接于两个电容组的公共端。

以a相为例，交流输入正半周时，共膜电感L7、共膜电感L8、差模电感L1、及PFC电感L4先储能，同时开关管Q11及开关管Q13导通，同理开关管Q12及开关管Q14导通至储能电容组件；随后电感释放能量，开关管Q11及Q12断开，同时开关管Q13及开关管Q14亦随之断开，电流从电感储能组件流至二极管D11及二极管D12。交流输入负半周时，先给第二电容组142充电，然后第二电容组142释放电能，电流从二极管D17及二极管D18流通至电感储能组件11。

参阅图3，DC/DC转换模块连接在AC/DC转换模块的直流输出端，方波发生器21包括三个并联的开关管组件，每一开关管组件包括串联的两NMOS管，谐振电路连接于两NMOS管的公共端。谐振电路包括与开关管组件一一对应的三个谐振组件，每一谐振组件包括串联的电容与电感，电容与两NMOS管的公共端相连，电感与变压器的一次侧绕组相连，变压器与谐振组件一一对应，即每一组LLC谐振变换电路202都包括有三个变压器，从而实现每一组LLC谐振变换电路可提供更大功率的电量，并且每一组LLC谐振变换电路均为三电平LLC谐振变换，降低了输入三电平LLC谐振电路功率器件的要求，便于扩展到更高输出功率的应用领域。

本实施例中，变压器T1、变压器T2及变压器T3的二次侧绕组串联后首尾相连。输出整流电路24包括连接于变压器二次侧绕组的整流单元以及滤波单元，整流单元包括包括三组并列的二极管组，每一二极管组包括顺序串联的两个二极管，二极管组的阴极连接DC/DC转换模块的直流输出端正极，二极管组的阳极连接DC/DC转换模块的直流输出端负极。变压器T1与变压器T2的公共端与第二二极管组的公共端相连，变压器T2与变压器T3的公共端与第三二极管组的公共端相连，变压器T1与变压器T3的公共端与第一二极管组的公共端相连，从而使得六个二极管即可形成三个全桥整流结构，满足每一变压器的二次绕组均连接全桥整流结构。滤波单元为三个并列在整流组件输出端的电容。

上述说明示出并描述了本实用新型的优选实施例，应当理解本实用新型并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文实用新型构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本实用新型的精神和范围，则都应在本实用新型所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种直流充电模块电路，其特征在于，包括：

三相交流输入端；

AC/DC转换模块，所述AC/DC转换模块包括电感储能组件、二极管整流组件、开关管组件及储能电容组件；所述电感储能组件连接于所述三相交流输入端与所述二极管整流组件之间，所述二极管整流组件的输出端为所述AC/DC转换模块的直流输出端；所述电感储能组件还连接于所述三相交流输入端与所述开关管组件之间，所述开关管组件的另一端连接所述储能电容组件，所述储能电容组件连接于AC/DC转换模块的直流输出端之间；

DC/DC转换模块，所述DC/DC转换模块包括与所述直流输出端相连的滤波电容组及两组LLC谐振变换电路，每一所述LLC谐振变换电路包括方波发生电路、谐振电路、变压器及输出整流电路；滤波电容组包括两个串联的滤波电容，第一组LLC谐振变换电路的方波发生器并联在所述直流输出端的正极与两个滤波电容的公共端之间，第二组LLC谐振变换电路的方波发生器并联在两个滤波电容的公共端与所述直流输出端的负极之间；方波发生电路的输出端连接谐振电路后接入所述变压器的一次侧绕组，所述输出整流电路与所述变压器的二次侧绕组相连。

2.根据权利要求1所述的一种直流充电模块电路，其特征在于，所述电感储能组件包括分别连接于三相交流输入端的共模电感、差模电感及PFC电感。

3.根据权利要求1所述的一种直流充电模块电路，其特征在于，所述二极管整流组件包括阳极与所述电感储能组件相连的第一二极管组以及阴极与所述电感储能组件相连的第二二极管组，所述第一二极管的阴极为直流输出端的正极，所述第二二极管的阳极为直流输出端的负极，所述三相交流输入的每一相与直流输出端的正极通过至少两个二极管相连，所述三相交流输入的每一相与直流输出端的负极通过至少两个二极管相连。

4.根据权利要求1所述的一种直流充电模块电路，其特征在于，所述开关管组件包括与三相交流输入端一一对应的开关管单元，每一所述开关管单元包括漏极与所述电感储能组件的输出端相连的第一开关管及第二开关管、源极与所述第一开关管的源极相连的第三开关管、源极与所述第二开关管的源极相连的第四开关管，所述第三开关管及所述第四开关管的漏极与所述储能电容组件相连。

5.根据权利要求3所述的一种直流充电模块电路，其特征在于，所述开关管组件中的开关管均采用NMOS管。

6.根据权利要求1所述的一种直流充电模块电路，其特征在于，所述储能电容组件包括与直流输出端正极相连的第一电容组及与直流输出端负极相连的第二电容组，所述第一电容组与所述第二电容组串联，所述第一电容组及所述第二电容组均包括并联的四个电容，所述开关管组件的输出端连接于所述第一电容组与所述第二电容组的公共端。

7.根据权利要求1所述的一种直流充电模块电路，其特征在于，所述方波发生器包括三个并联的开关管组件，每一所述开关管组件包括串联的两NMOS管，所述谐振电路连接于所述两NMOS管的公共端。

8.根据权利要求7所述的一种直流充电模块电路，其特征在于，所述谐振电路包括与所述开关管组件一一对应的三个谐振组件，每一所述谐振组件包括串联的电容与电感，所述电容与所述开关管组件相连，所述电感与所述变压器的一次侧绕组相连，所述变压器与所述谐振组件一一对应。

9.根据权利要求8所述的一种直流充电模块电路，其特征在于，所述输出整流电路包括连接于所述变压器二次侧绕组的整流单元以及并联在所述整流单元输出端之间的滤波单元。

10.一种充电桩，其特征在于，包括权利要求1至权利要求9任意一项所述的直流充电模块电路。

Images