CN219458727U - 一种直流充电枪电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及充电技术领域。本实用新型公开了直流充电枪电路，包括交流输入接口、前级保护滤波电路、图腾柱式PFC电路、CLLLC谐振电路、直流输出接口、主控电路、辅助电源电路和绝缘检测电路，交流输入接口、前级保护滤波电路、图腾柱式PFC电路、CLLLC谐振电路和直流输出接口依次串联连接，图腾柱式PFC电路和CLLLC谐振电路的控制端分别接主控电路的控制输出端，辅助电源电路用于将由交流输入接口输入的交流电转换为低压直流电为该直流充电枪电路供电，绝缘检测电路的输出端接主控电路的输入端，绝缘检测电路用于检测直流输出接口的正负端相对于地的绝缘电阻大小。本实用新型具有谐波小，功率因数高，损耗低，工作效率高，抗干扰强，安全性和可靠性高等优点。

Description

一种直流充电枪电路

技术领域

本实用新型属于充电技术领域，具体地涉及一种直流充电枪电路。

背景技术

2021年，全球市场新能源汽车年销量突破650万辆，同比增长108％；我国新能源汽车年销量突破352万辆，同比增长157.5％。受新能源汽车销量增速影响，市场对新能源汽车充电产品的需求稳步上升。

根据汽车充电产品市场调研结果来看，尽管目前市场上直流快充产品、直流超充产品技术(>50kW)发展成熟，但是中等功率(20kW-50kW)直流充电产品依旧较少，小功率(3.3kW-7kW)直流充电产品近乎没有。而与其它汽车充电产品相比，小功率直流充电枪(3.3kW)无需汽车集成OBC模块，可以降低整车成本和故障率，且小功率直流充电枪体积小，重量轻，方便用户携带，使用便捷，因此，小功率直流充电枪的未来市场需求将越来越多。但现有的直流充电枪电路存在着谐波较大，功率因数较低，损耗高，工作效率低，安全性和可靠性低，电路结构较复杂等缺点。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种直流充电枪电路用以解决上述存在的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型采用的技术方案为：一种直流充电枪电路，包括交流输入接口、前级保护滤波电路、图腾柱式PFC电路、CLLLC谐振电路、直流输出接口、主控电路、辅助电源电路和绝缘检测电路，交流输入接口、前级保护滤波电路、图腾柱式PFC电路、CLLLC谐振电路和直流输出接口依次串联连接，图腾柱式PFC电路和CLLLC谐振电路的控制端分别接主控电路的控制输出端，辅助电源电路用于将由交流输入接口输入的交流电转换为低压直流电为该直流充电枪电路供电，绝缘检测电路的输出端接主控电路的输入端，绝缘检测电路用于检测直流输出接口的正负端相对于地的绝缘电阻大小。

进一步的，还包括辅助开关电路和辅助电源输出接口，辅助电源输出接口通过辅助开关电路接辅助电源电路的输出端，辅助开关电路的控制端接主控电路的控制输出端。

更进一步的，还包括主开关电路，主开关电路串接在CLLLC谐振电路和直流输出接口之间，主开关电路的控制接主控电路的控制输出端。

更进一步的，所述辅助开关电路和主开关电路采用常开继电器来实现。

进一步的，所述图腾柱式PFC电路的输入端上串接有预充电电路，预充电电路包括并联设置的预充电阻单元和第一预充开关单元。

更进一步的，所述预充电电路还包括第二预充开关单元，第二预充开关单元串接在预充电阻单元的支路上。

更进一步的，所述第一预充开关单元和第二预充开关单元均采用常开继电器来实现，预充电阻单元采用防浪涌电流电阻器来实现。

更进一步的，所述预充电阻单元采用NTC热敏电阻、PTC热敏电阻或功率电阻来实现。

进一步的，还包括全桥整流电路，全桥整流电路的输入端接该图腾柱式PFC电路的输入端，全桥整流电路的输出端接该图腾柱式PFC电路的输出端。

进一步的，所述图腾柱式PFC电路的上开关管和下开关管均由两个并联设置的晶体管构成。

进一步的，还包括第一隔离驱动电路和第二隔离驱动电路，图腾柱式PFC电路和CLLLC谐振电路的控制端分别通过第一隔离驱动电路和第二隔离驱动电路接主控电路的控制输出端以进行数字化信号控制。

进一步的，所述前级保护滤波电路包括前级保护电路、泄放保护电路和前级滤波电路，前级保护电路包括漏电保护电路、过流保护电路和防雷保护电路，前级滤波电路包括EMC滤波电路，泄放保护电路用于对EMC滤波电路的电容残压进行泄放。

进一步的，所述绝缘检测电路包括分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3、分压电阻R4、采样电阻Rs1、采样电阻Rs2、第一开关、第二开关和第三开关，分压电阻R1和分压电阻R2串联后接在直流输出接口的正端与负端之间，分压电阻R1和分压电阻R2之间的节点接地，分压电阻R3的第一端串联第二开关接直流输出接口的正端，分压电阻R3的第二端依次串联采样电阻Rs1、采样电阻Rs2、分压电阻R4和第三开关接直流输出接口的负端，采样电阻Rs1和采样电阻Rs2之间的节点接地，采样电阻Rs1和采样电阻Rs2的采样输出端接主控电路的采样输入端，第一开关的第一端接地，第一开关的第二端分别接绝缘电阻Rx和Ry，绝缘电阻Rx和Ry分别为直流输出接口的正端对地的绝缘电阻和直流输出接口的负端对地的绝缘电阻。

进一步的，还包括第一电压电流检测电路、第二电压电流检测电路和第三电压电流检测电路，第一电压电流检测电路用于检测图腾柱式PFC电路输入的交流电压电流，第二电压电流检测电路用于检测图腾柱式PFC电路输出的直流电压电流，第三电压电流检测电路用于检测直流输出接口输出的直流电压电流，第一电压电流检测电路、第二电压电流检测电路和第三电压电流检测电路的输出端分别接主控电路的输入端。

进一步的，还包括CAN通信电路，CAN通信电路与主控电路通信连接。

本实用新型的有益技术效果：

本实用新型具有谐波小，功率因数高，损耗低，工作效率高，抗干扰能力强，安全性和可靠性高等优点，且电路结构简单，利于小型化，便携性好。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简要介绍，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，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型具体实施例的电路结构框图；

图2为本实用新型具体实施例的预充电电路、全桥整流电路、图腾柱式PFC电路、CLLLC谐振电路的电路原理图；

图3为本实用新型具体实施例的一隔离驱动电路的电路原理图；

图4为本实用新型具体实施例的控制信号G3、G4的波形示意图；

图5为本实用新型具体实施例的控制信号G1、G2的波形示意图；

图6为本实用新型具体实施例的控制信号G1、G2的控制原理框图；

图7为本实用新型具体实施例的图腾柱式PFC电路逆变控制原理框图；

图8为本实用新型具体实施例的正弦波频率50Hz，三角波频率10kHz，幅值比0.778条件下仿真得到的交流输出波形图；

图9为本实用新型具体实施例的CLLLC谐振电路的电压增益比与频率关系图；

图10为本实用新型具体实施例的绝缘检测电路的电路原理图；

图11为本实用新型具体实施例的前级保护滤波电路的电路原理图。

具体实施方式

为进一步说明各实施例，本实用新型提供有附图。这些附图为本实用新型揭露内容的一部分，其主要用以说明实施例，并可配合说明书的相关描述来解释实施例的运作原理。配合参考这些内容，本领域普通技术人员应能理解其他可能的实施方式以及本实用新型的优点。图中的组件并未按比例绘制，而类似的组件符号通常用来表示类似的组件。

现结合附图和具体实施方式对本实用新型进一步说明。

如图1所示，一种直流充电枪电路，包括交流输入接口1、前级保护滤波电路2、图腾柱式PFC电路3、CLLLC谐振电路4、主开关电路5、直流输出接口6、主控电路7、辅助电源电路8和绝缘检测电路9，交流输入接口1、前级保护滤波电路2、图腾柱式PFC电路3、CLLLC谐振电路4、主开关电路5和直流输出接口6依次串联连接，图腾柱式PFC电路3、CLLLC谐振电路4和主开关电路5的控制端分别接主控电路7的控制输出端，交流输入接口1用于接交流电源，直流输出接口6用于接充电输入接口，本具体实施例中为车辆的充电输入接口，但并不限于此。

辅助电源电路8用于将由交流输入接口1输入的交流电转换为低压直流电为该直流充电枪电路供电，绝缘检测电路9的输出端接主控电路7的输入端，绝缘检测电路9用于检测直流输出接口6的正负端相对于外壳地的绝缘电阻大小。

如图2所示，本具体实施例中，图腾柱式PFC电路3包括功率电感L、上开关管、下开关管、同步整流管Q5和同步整流管Q6，上开关管、下开关管、同步整流管Q5和同步整流管Q6组成双桥臂，上开关管和下开关管之间的节点接功率电感L的第一端，功率电感L的第二端作为该图腾柱式PFC电路3的一输入端，同步整流管Q5和Q6之间的节点作为该图腾柱式PFC电路1的另一输入端。采用图腾柱式PFC电路3，功率因数校正较好，且器件较少，电路结构简单，利于小型化，成本低。

同步整流管Q5和Q6均为MOS管，易于实现，能耗低，成本低，也可以实现双向变换，但并不限于此，在一些实施例中，同步整流管Q5和Q6也可以采用IGBT管等其它晶体管或整流二极管等来实现。

本具体实施例中，上开关管由并联的MOS管Q1和Q3构成，下开关管由并联的MOS管Q2和Q4构成，上开关管和下开关管均采用两个并联的MOS管构成，可以分摊能耗，减小单个MOS管的发热量，保护MOS管Q1、Q2、Q3和Q4不易被烧坏，从而提升电路的安全性和可靠性，但并不限于此，在一些实施例中，上开关管和下开关管也可以由单个MOS管构成；在另一些实施例中，上开关管和下开关管也可以采用其它晶体管，如IGBT管等构成。

再次参考图2，本实施例中，图腾柱式PFC电路3的输入端上串接有预充电电路31，具体的，预充电电路31串接在功率电感L的第二端上，预充电电路31包括并联设置的预充电阻单元和第一预充开关单元。在图腾柱式PFC电路3启动时通过预充电阻单元可以有效抑制其产生的浪涌电流，减少开关元器件受到的瞬态冲击，提高电路工作的鲁棒性；在图腾柱式PFC电路3工作时通过第一预充开关单元使预充电阻单元短路，使图腾柱式PFC电路3能正常工作。

本具体实施例中，预充电阻单元优选采用NTC热敏电阻R构成，可以大大减小预充电阻单元的发热量，提高可靠性，当然，在一些实施例中，预充电阻单元也可以采用PTC热敏电阻或功率电阻等其它防浪涌电流电阻器来实现；第一预充开关单元由继电器RLY1构成，耐压高，导通能耗小，但并不限于此，在一些实施例中，第一预充开关单元也可以采用其它开关电路，如MOS管开关电路等来实现。

进一步的，本具体实施例中，预充电电路31还包括第二预充开关单元，第二预充开关单元串接在NTC热敏电阻R的支路上，即第二预充开关单元与NTC热敏电阻R串联后再与继电器RLY1并联设置，通过设置第二预充开关单元，可以对预充电进行控制，避免一上电就自动进行预充电，提高可控性。

第二预充开关单元由继电器RLY2构成，耐压高，导通能耗小，但并不限于此，在一些实施例中，第二预充开关单元也可以采用其它开关电路，如MOS管开关电路等来实现。

继电器RLY1和继电器RLY2通过继电器驱动电路与主控电路7的输出端连接，由主控电路7通过继电器驱动电路进行驱动。继电器驱动电路可以采用光耦和三极管构成，但并不以此为限。

预充电电路31的具体工作过程为：开机要启动预充电电路31时，先控制继电器RLY2闭合，交流电源通过NTC热敏电阻R进行预充电，直至图腾柱式PFC电路3的输出端直流电压Udc达到阈值(如Udc>300V)时，闭合继电器RLY1再断开继电器RLY2，图腾柱式PFC电路3正常工作。

如图2所示，本实施例中，图腾柱式PFC电路3还包括全桥整流电路32，全桥整流电路32包括整流二极管D1、D2、D3和D4，整流二极管D1、D2、D3和D4构成整流桥，整流桥的一输入端接功率电感L的第二端，整流桥的另一输入端接同步整流管Q5和Q6之间的节点，整流桥的二输出端分别接图腾柱式PFC电路3的二输出端。通过设置全桥整流电路32，相当于后级MOS管(MOS管Q1-Q6)都并联一个和其体二极管方向相同的二极管，在MOS管仅通过体二极管来导通电流时，全桥整流电路32也可分担一部分电流，对MOS管有保护作用。

相比于其它DC/DC变换电路结构，CLLLC谐振电路4可以实现MOS管的零电压开通和零电流关断，减小电路热损耗，提高工作效率。本具体实施例中，CLLLC谐振电路4采用完全对称式结构，包括MOS管Q7-Q14、变压器T1、原边谐振电容Cr1、副边谐振电容Cp1、原边谐振电感Lp、副边谐振电感Lp1和励磁电感Lp2，具体连接结构详见图2，此不再细说。当电流是从图2的左侧流向右侧工作时，MOS管Q7-Q10组成的为逆变全桥，MOS管Q11-Q14组成的为整流全桥；当电流是从图2的右侧流向左侧时，MOS管Q7-Q10组成的为整流全桥，MOS管Q11-Q14组成的为逆变全桥。

但并不限于此，在一些实施例中，CLLLC谐振电路4也可以采用现有的其它CLLLC谐振电路来实现。

优选的，本具体实施例中，图腾柱式PFC电路3和CLLLC谐振电路4的控制端分别通过第一隔离驱动电路10和第二隔离驱动电路11接主控电路7的控制输出端，具体为MOS管Q1-Q6的栅极通过第一隔离驱动电路10接主控电路7的控制输出端；MOS管Q7-Q14的栅极通过第二隔离驱动电路11接主控电路7的控制输出端，以更好实现系统中的强电与弱电分离，最大程度地减小两者之间的相互干扰。第一隔离驱动电路10和第二隔离驱动电路11可以采用如图3所述的由隔离驱动芯片构成的隔离驱动电路来实现，但并不限于，在一些实施例中，第一隔离驱动电路10和第二隔离驱动电路11也可以采用现有的其它隔离驱动电路来实现。

优选的，主控电路7的控制端用于输出数字化信号(PWM信号)并通过第一隔离驱动电路10和第二隔离驱动电路11进行驱动MOS管Q1-Q14，对MOS管Q1-Q14进行数字化信号控制，不仅可以简化硬件电路，还可以避免因为温度等环境干扰因素带来的硬件误差，控制方式也更加灵活。主控电路7可以采用DSP控制器或MCU处理器来实现。

本具体实施例中，同步整流管Q5和Q6的控制策略优选为：当图腾柱式PFC电路3工作在轻载状态下时，同步整流管Q5和Q6不做控制而处于截止状态，由同步整流管Q5和Q6的体二极管进行续流而起到整流作用，此时，同步整流管Q5和Q6的体二极管产生的发热损耗会小于MOS管本身产生的发热损耗；当图腾柱式PFC电路3工作在重载状态下时，同步整流管Q5和Q6被控制跟随输入的交流电源的正负进行相应导通，即输入的交流电源电压Uac为正半周期时，同步整流管Q6被控制导通；输入的交流电源电压Uac为负半周期时，同步整流管Q5被控制导通，分别由同步整流管Q5和Q6本身进行整流，此时，同步整流管Q5和Q6本身的发热损耗会小于其体二极管产生的发热损耗，有效减小同步整流管Q5和Q6的发热损耗，提升电路整体的工作效率，并提高了电路的安全性和可靠性。但并不以此为限，在一些实施例中，同步整流管Q5和Q6也可以采用现有的其它控制策略进行控制。

具体的，通过采集图腾柱式PFC电路3的输出电流，根据输出电流大小来判断图腾柱式PFC电路3是工作在轻载状态下还是工作在重载状态下，如输出电流小于2.0A，则判断为工作在轻载状态下；输出电流大于等于2.0A，则判断为工作在重载状态下。

当图腾柱式PFC电路3工作在重载状态下时，同步整流管Q5和Q6分别由控制信号G3和G4进行控制，当输入的交流电源电压Uac为正半周期时，同步整流管Q6由控制信号G4控制导通进行输出；当输入的交流电源电压Uac为负半周期时，同步整流管Q5由控制信号G3控制导通进行输出。即控制信号G3和G4的频率与交流电源电压Uac的频率相同，本实施例中，交流电源电压Uac的频率为50Hz，则控制信号G3和G4为频率50Hz，占空比为50％的互补控制信号。当然，为防止同步整流管Q5和Q6同时导通，在同步整流管Q5和Q6交替输出时需设定死区时间，具体波形如图4所示。

本具体实施例中，MOS管Q1和Q3的控制信号G1与MOS管Q2和Q4的控制信号G2互补，固定控制信号G1和G2的频率(本实施例为65kHz，但并不以此为限)，调节控制信号G1和G2的占空比大小便可直接影响图腾柱式PFC电路3的输出电压大小。当图腾柱式PFC电路3输入的交流电源电压Uac处于正半周期时，控制信号G2占空比越大，控制信号G1占空比越小，图腾柱式PFC电路3输出电压越大；当输入的交流电源电压Uac处于负半周期时，控制信号G1占空比越大，控制信号G2占空比越小，图腾柱式PFC电路1输出电压越大。

因此，当图腾柱式PFC电路3输入的交流电源电压Uac处于正半周期时，被控对象为控制信号G2，控制信号G1取控制信号G2的互补信号；当图腾柱式PFC电路3输入的交流电源电压Uac处于负半周期时，被控对象为控制信号G1，控制信号G2取控制信号G1的互补信号。同样，为保证MOS管Q1和Q3不能和MOS管Q2和Q4同时导通，在两对MOS管交替输出时需考虑设定死区时间，具体波形如图5所示。当然，在一些实施例中，被控对象为控制信号G2时，控制信号G1可以不做控制；被控对象为控制信号G1时，控制信号G1可以不做控制，使得控制算法较简单。

本具体实施例中，控制信号G1和G2的控制策略为：以图腾柱式PFC电路3的输入电流Iac的反馈控制为内环，以图腾柱式PFC电路3的输出电压Udc的反馈控制作为外环，并引入图腾柱式PFC电路3的输入的交流电源电压Uac对应的单位正弦信号W(z)与外环PID输出参数相乘作为内环PID的输入，使输入电流能跟随输入电压的变化而变化，而得到更高的功率因数，进一步能够减小发热量，使整个系统更稳定，还能够减小电网谐波。

控制信号G1和G2的具体控制原理框图如图6所示，其中，H₂(z)为图腾柱式PFC电路3输出电压Udc的采样传递信号，H₁(z)为图腾柱式PFC电路3输入电流Iac的采样传递信号，Udct为设定的输出电压期望值。首先计算输出电压期望值Udct与输出电压之间的偏差，更新外环PID输出参数；接着计算交流电源电压Uac对应的单位正弦信号W(z)，将结果与外环PID输出参数相乘得到内环PID的输入；然后根据所测的交流电流大小H₁(z)，计算电流内环偏差，用偏差值更新内环PID输出；最后内环输出在经过输出限幅处理后转化为对应的MOS管驱动信号，正半周期将信号输出给控制信号G2，负半周期将信号输出给控制信号G1进行相应控制。当然，在一些实施例中，控制信号G1和G2也可以采用现有的其它控制策略进行控制。

图腾柱式PFC电路3逆变可以通过控制调制SPWM波形实现。SPWM波形可通过配置DSP控制器中SPWM外设口实现。其原理为利用频率为f₁，幅值为U₁的三角波与频率为f₂，幅值U₂为的正弦波形做比较调制输出SPWM波形(控制框图如图7所示)，利用SPWM波形取控制MOS管Q1-Q6来实现直流电到交流电的转换，交流输出与直流输入关系为：

在SPWM波形调制过程中，正弦波频率f₂将决定输出交流电压频率。三角波频率f₁将影响输出交流电压的精度，三角波频率越大，输出交流电压直流谐波越小，交流电压输出精度越高。若输入直流电压U_dc固定，正弦波与三角波的调制比将直接决定输出交流电压。以三角波大于正弦波调制的SPWM1波形控制G1、G4信号，以三角波小于正弦波调制的SPWM2波形控制G2、G4信号，以此实现逆变交流输出。

图8为正弦波频率50Hz，三角波频率10kHz，幅值比0.778条件下仿真得到的交流输出波形。

CLLLC谐振电路4的MOS管Q11-Q14(作为整流管时)的控制策略与同步整流管Q5和Q6的控制策略相同，具体可以参考上述同步整流管Q5和Q6的控制策略，此不再细说，以进一步减少MOS管Q11-Q14的发热损耗，提升电路整体的工作效率，并提高了电路的安全性和可靠性。

CLLLC谐振电路4的控制调节方式可以采用控制输入电压频率调节输出电压方式、控制输入电压移相调节输出电压方式、同时控制输入电压频率和移相调节输出电压方式等控制调节方式进行控制。其中：

(1)控制输入电压频率调节输出电压方式

固定前级输入直流电压为400V，固定MOS管Q7、Q8、Q9、Q10的控制信号G7、G8、G9、G10占空比为50％，根据CLLLC谐振电路4参数及对应模型可计算电路输出与输入电压频率之间的关系如图9所示。如图9所示，谐振电路因采用对称参数，即原边谐振电感Lp、原边谐振电容Cr1与副边谐振电感Lp1、副边谐振电容Cp1型号和参数相同，在电路谐振点(f_s＝f_r)必有电压增益比为1。在负载大于50Ω时，即功率小于3.2kW时，电压增益比在(0.4～1.7)f_r频率范围内基本呈单调递减变化，即每一个频率值均对应唯一一个输出电压值。因此，可根据输出电压是否达到期望值来增大或者调小频率。

当MOS管Q7、MOS管Q10输出时，MOS管Q8、MOS管Q9关闭，二次侧电流电流I_e为正值；当MOS管Q8、MOS管Q9输出时，MOS管Q7、MOS管Q10关闭，二次侧电流电流I_e为负值。

(2)控制输入电压移相调节输出电压方式

若前级输入直流电压为400V，固定MOS管Q7、Q8、Q9、Q10的控制信号G7、G8、G9、G10占空比为50％，频率均为一个固定值(如150kHz)，将四个控制信号分为两组，第一组为G7和G10，第二组为G8和G9，第二组信号滞后第一组信号相位α(α∈[0,π])，在α＝0时输出电压取得最大值，在α＝π时输出电压取得最小值，即输出电压会随着移相角α的增大而减小。

本具体实施例中，图腾柱式PFC电路3和CLLLC谐振电路4还均设有软启动控制，以进一步减少因电容充电产生的浪涌电流，减少开关元器件受到的瞬态冲击，提高电路工作的鲁棒性；软启动控制具体为在图腾柱式PFC电路3和CLLLC谐振电路4启动时，控制信号G1、G2、G7、G8、G9、G10占空比在一个固定时间内(如100ms)由0％逐步增加到设定值。

进一步的，该直流充电枪电路还包括第一电压电流检测电路12、第二电压电流检测电路13和第三电压电流检测电路14，第一电压电流检测电路12用于检测图腾柱式PFC电路3的输入电流Iac和输入的交流电源电压Uac，第二电压电流检测电路13用于检测图腾柱式PFC电路3的输出电压Udc和输出电流Idc，第三电压电流检测电路14用于检测直流输出接口6输出的直流电压电流，第一电压电流检测电路12、第二电压电流检测电路13和第三电压电流检测电路14的输出端分别接主控电路7的输入端。

本具体实施例中，第三电压电流检测电路14设置在主开关电路5与直流输出接口6之间，在主开关电路5未闭合时，第三电压电流检测电路14可读取车载动力电池两端电压。

优选的，第一电压电流检测电路12、第二电压电流检测电路13和第三电压电流检测电路14均采用隔离型电压/电流采样器来实现，以更好实现系统中的强电与弱电分离，最大程度地减小两者之间的相互干扰。

辅助电源电路8采用现有的AC/DC转换器来实现，AC/DC转换器的输入端接前级保护滤波电路2的输出端，用于将由交流输入接口1输入的交流电转换为低压直流电为该直流充电枪电路，如主控电路7等供电。AC/DC转换器优选采用隔离型的AC/DC转换器，以更好实现系统中的强电与弱电分离，最大程度地减小两者之间的相互干扰。

进一步的，该直流充电枪电路还包括辅助开关电路15和辅助电源输出接口16，辅助电源输出接口16通过辅助开关电路15接辅助电源电路8的输出端，辅助开关电路15的控制端接主控电路7的控制输出端。辅助电源输出接口16用于输出低压辅助电源给车辆低压系统供电，在车辆蓄电池供电不足的情况下维持汽车低压控制系统的正常运行。

本具体实施例中，辅助开关电路15采用常闭继电器来实现，不仅更好实现系统中的强电与弱电分离，最大程度地减小两者之间的相互干扰，且只要交流输入接口1和直流输出接口6任意一者有电源输入，主控电路7总能第一时间优先上电。

本具体实施例中，主开关电路5采用常开继电器来实现，耐压高，导通能耗小，且可以更好实现系统中的强电与弱电分离，最大程度地减小两者之间的相互干扰。但并不以此为限，在一些实施例中，主开关电路5也可以采用现有的其它功率开关电路来实现。

如图10所示，本具体实施例中，绝缘检测电路9包括分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3、分压电阻R4、采样电阻Rs1、采样电阻Rs2、第一开关、第二开关和第三开关，分压电阻R1和分压电阻R2串联后接在直流输出接口6的正端DC+与负端DC-之间，分压电阻R1和分压电阻R2之间的节点接外壳地DGND，分压电阻R3的第一端串联第二开关接直流输出接口6的正端DC+，分压电阻R3的第二端依次串联采样电阻Rs1、采样电阻Rs2、分压电阻R4和第三开关接直流输出接口6的负端DC-，采样电阻Rs1和采样电阻Rs2之间的节点接外壳地DGND，采样电阻Rs1和采样电阻Rs2的采样输出端分别接主控电路7的采样输入端，第一开关的第一端接外壳地DGND，第一开关的第二端分别接绝缘电阻Rx和Ry，绝缘电阻Rx和Ry分别为直流输出接口6的正端DC+对外壳地DGND的绝缘电阻和直流输出接口6的负端DC-对地外壳地DGND的绝缘电阻。采样电阻Rs1和采样电阻Rs2的采样电压分别输出给主控电路7，第一开关、第二开关和第三开关的控制端接主控电路7的控制输出端。

优选的，本具体实施例中，第一开关、第二开关和第三开关采用常开继电器RLY3、RLY4和RLY5来实现，耐压高，导通能耗小，且可以更好实现系统中的强电与弱电分离，最大程度地减小两者之间的相互干扰。但并不以此为限，在一些实施例中，第一开关、第二开关和第三开关也可以采用现有的其它开关，如MOS管等来实现。

绝缘检测电路9的检测原理为：

(1)首先闭合继电器RLY3、RLY4、RLY5，读取采样电阻Rs1、Rs2对应的电压U₁₁、U₂₁，直流输出接口6输出的直流电压为U_out，根据电阻分压关系有：

(2)接着闭合继电器RLY4、RLY3，读取采样电阻Rs1对应的电压U12，根据电阻分压关系有：

(3)最后闭合继电器RLY5、RLY3，读取采样电阻Rs2对应的电压U₂₃，根据电阻分压关系有：

为方便计算，取Rs1＝Rs2＝Rs，R1＝R2＝R5，R3＝R4＝R6，令：

R_x′＝R_x||R₁

R_y′＝R_y||R₂

代入以上三式，解得：

根据电阻并联关系即可得出直流输出接口6的正端DC+对外壳地DGND的绝缘电阻Rx和直流输出接口6的负端DC-对地外壳地DGND的绝缘电阻Ry。当缘电阻Rx和Ry小于安全阈值时，主控电路7关断图腾柱式PFC电路3、CLLLC谐振电路4和主开关电路5所在的主回路并进行报警，提高了安全性。

在不进行绝缘检测时，继电器RLY1、RLY2、RLY3断开，此时整个绝缘检测电路9不会对直流输出接口6的正端DC+、负端DC-与外壳地之间的绝缘电阻有任何影响，而分压电阻R1、R2可作为直流输出接口6的泄放电阻，用于给电容放电。

如图11所示，本具体实施例中，前级保护滤波电路2包括前级保护电路和前级滤波电路，前级保护电路包括漏电保护电路、过流保护电路和防雷保护电路，漏电保护电路采用B型剩余电流保护器CT1来实现，B型剩余电流保护器CT1检测交流输入接口1的火线与零线之间的剩余电流，在剩余电流超出安全范围后将信号传输给主控电路7处理进行漏电保护，过流保护电路采用熔断保险丝F1来实现，熔断保险丝F1串接在交流输入接口1的火线上，防雷保护电路包括压敏电阻VAR1、压敏电阻RV3、压敏电阻RV4和气体放电管DS1，具体电路连接请详见图11，此不再细说，但并不以此为限。

前级滤波电路包括EMC滤波电路，用于抑制输入信号的电磁干扰，优选的，前级滤波电路包括多级EMC滤波电路，以更好地抑制输入信号的电磁干扰。具体的，本实施例中，前级滤波电路包括共模电感CL1、共模电感CL2、X电容XC2、X电容XC3、X电容XC5、Y电容YC1、Y电容YC2、Y电容YC3、Y电容YC4、Y电容YC5和Y电容YC6，具体电路连接请详见图11，此不再细说，但并不以此为限，在一些实施例中，前级滤波电路也可以采用现有的其它滤波电路来实现。

进一步的，本实施例中，前级保护滤波电路1还包括泄放保护电路，泄放保护电路用于对EMC滤波电路的电容残压进行泄放。具体的，泄放保护电路包括泄放电阻R6、泄放电阻R7、泄放电阻R9、泄放电阻R10、泄放电阻R11和泄放电阻R12，设置在第一级EMC滤波电路的电容后面，具体电路连接如图11所示，在系统断电后，Y电容YC2、Y电容YC5和X电容XC5的残压能较快地泄放，实现对人身的安全保护。

本实施例中，该直流充电枪电路还包括CAN通信电路17，CAN通信电路17与主控电路7通信连接，主控电路7通过CAN通信电路17与车辆BMS之间进行通讯。

该直流充电枪电路给车辆充电过程概述如下：

1.车辆处于不可行驶的状态下，准备充电。

2.直流充电枪电路的交流输入接口1接交流电源，直流输出接口6接汽车电池充电接口。

3.主控电路7控制预充电电路31进行预充，预充完成后，主控电路7控制图腾柱式PFC电路3软启动，图腾柱式PFC电路3工作后将交流电源转换为直流电源，接着，主控电路7控制CLLLC谐振电路4软启动，CLLLC谐振电路4工作后将图腾柱式PFC电路3输出的直流电压调节到车辆蓄电池所需的充电电压；主控电路7控制主开关电路5的常开继电器闭合，直流输出接口6输出高压直流电。

4.绝缘检测电路9检测直流输出接口6的绝缘电阻，当直流输出接口6的绝缘电阻检测通过后，主控电路7控制主开关电路5的常开继电器断开。

5.主控电路7通过CAN通信电路17与车辆BMS之间进行CAN通讯，确认充电以及充电参数，确认完成后，主控电路7控制主开关电路5的常开继电器闭合，直流输出接口6输出高压直流电给车辆蓄电池充电。

尽管结合优选实施方案具体展示和介绍了本实用新型，但所属领域的技术人员应该明白，在不脱离所附权利要求书所限定的本实用新型的精神和范围内，在形式上和细节上可以对本实用新型做出各种变化，均为本实用新型的保护范围。

Claims (15)

1.一种直流充电枪电路，其特征在于：包括交流输入接口、前级保护滤波电路、图腾柱式PFC电路、CLLLC谐振电路、直流输出接口、主控电路、辅助电源电路和绝缘检测电路，交流输入接口、前级保护滤波电路、图腾柱式PFC电路、CLLLC谐振电路和直流输出接口依次串联连接，图腾柱式PFC电路和CLLLC谐振电路的控制端分别接主控电路的控制输出端，辅助电源电路用于将由交流输入接口输入的交流电转换为低压直流电为该直流充电枪电路供电，绝缘检测电路的输出端接主控电路的输入端，绝缘检测电路用于检测直流输出接口的正负端相对于地的绝缘电阻大小。

2.根据权利要求1所述的直流充电枪电路，其特征在于：还包括辅助开关电路和辅助电源输出接口，辅助电源输出接口通过辅助开关电路接辅助电源电路的输出端，辅助开关电路的控制端接主控电路的控制输出端。

3.根据权利要求2所述的直流充电枪电路，其特征在于：还包括主开关电路，主开关电路串接在CLLLC谐振电路和直流输出接口之间，主开关电路的控制接主控电路的控制输出端。

4.根据权利要求3所述的直流充电枪电路，其特征在于：所述辅助开关电路和主开关电路采用常开继电器来实现。

5.根据权利要求1所述的直流充电枪电路，其特征在于：所述图腾柱式PFC电路的输入端上串接有预充电电路，预充电电路包括并联设置的预充电阻单元和第一预充开关单元。

6.根据权利要求5所述的直流充电枪电路，其特征在于：所述预充电电路还包括第二预充开关单元，第二预充开关单元串接在预充电阻单元的支路上。

7.根据权利要求6所述的直流充电枪电路，其特征在于：所述第一预充开关单元和第二预充开关单元均采用常开继电器来实现，预充电阻单元采用防浪涌电流电阻器来实现。

8.根据权利要求7所述的直流充电枪电路，其特征在于：所述预充电阻单元采用NTC热敏电阻、PTC热敏电阻或功率电阻来实现。

9.根据权利要求1所述的直流充电枪电路，其特征在于：还包括全桥整流电路，全桥整流电路的输入端接该图腾柱式PFC电路的输入端，全桥整流电路的输出端接该图腾柱式PFC电路的输出端。

10.根据权利要求1所述的直流充电枪电路，其特征在于：所述图腾柱式PFC电路的上开关管和下开关管均由两个并联设置的晶体管构成。

11.根据权利要求1所述的直流充电枪电路，其特征在于：还包括第一隔离驱动电路和第二隔离驱动电路，图腾柱式PFC电路和CLLLC谐振电路的控制端分别通过第一隔离驱动电路和第二隔离驱动电路接主控电路的控制输出端以进行数字化信号控制。

12.根据权利要求1所述的直流充电枪电路，其特征在于：所述前级保护滤波电路包括前级保护电路、泄放保护电路和前级滤波电路，前级保护电路包括漏电保护电路、过流保护电路和防雷保护电路，前级滤波电路包括EMC滤波电路，泄放保护电路用于对EMC滤波电路的电容残压进行泄放。

13.根据权利要求1所述的直流充电枪电路，其特征在于：所述绝缘检测电路包括分压电阻R1、分压电阻R2、分压电阻R3、分压电阻R4、采样电阻Rs1、采样电阻Rs2、第一开关、第二开关和第三开关，分压电阻R1和分压电阻R2串联后接在直流输出接口的正端与负端之间，分压电阻R1和分压电阻R2之间的节点接地，分压电阻R3的第一端串联第二开关接直流输出接口的正端，分压电阻R3的第二端依次串联采样电阻Rs1、采样电阻Rs2、分压电阻R4和第三开关接直流输出接口的负端，采样电阻Rs1和采样电阻Rs2之间的节点接地，采样电阻Rs1和采样电阻Rs2的采样输出端接主控电路的采样输入端，第一开关的第一端接地，第一开关的第二端分别接绝缘电阻Rx和Ry，绝缘电阻Rx和Ry分别为直流输出接口的正端对地的绝缘电阻和直流输出接口的负端对地的绝缘电阻。

14.根据权利要求1所述的直流充电枪电路，其特征在于：还包括第一电压电流检测电路、第二电压电流检测电路和第三电压电流检测电路，第一电压电流检测电路用于检测图腾柱式PFC电路输入的交流电压电流，第二电压电流检测电路用于检测图腾柱式PFC电路输出的直流电压电流，第三电压电流检测电路用于检测直流输出接口输出的直流电压电流，第一电压电流检测电路、第二电压电流检测电路和第三电压电流检测电路的输出端分别接主控电路的输入端。

15.根据权利要求1所述的直流充电枪电路，其特征在于：还包括CAN通信电路，CAN通信电路与主控电路通信连接。