实用新型内容
本实用新型实施例提供了一种充电模块及充电设备,用以解决现有技术中的充电模块无法实现零待机功耗的问题。
本实用新型实施例提供的技术方案如下:
一方面,本实用新型实施例提供了一种充电模块,包括:软起单元、第一功率变换单元、第二功率变换单元以及辅助供电单元;
软起单元的第一端与外部电源连接,软起单元的第二端与第一功率变换单元的第一端连接;第一功率变换单元的第二端与第二功率变换单元的第一端连接,第二功率变换单元的第二端作为充电模块的功率输出端;
软起单元的第一控制端与外部监控模块连接;软起单元的第二控制端与第一功率变换单元的第三端连接;
辅助供电单元的第一端连接于第一功率变换单元的第二端与第二功率变换单元的第一端之间;辅助供电单元的第二端与第一功率变换单元的第四端连接,辅助供电单元的第三端与第二功率变换单元的第三端连接,辅助供电单元的控制端与第二功率变换单元的第四端连接。
在一种可能的实施方式中,软起单元包括:第一软起子单元和第二软起子单元;
第一软起子单元的第一端分别与外部电源和第二软起子单元的第一端连接,第一软起子单元的第二端分别与第一功率变换单元的第一端和第二软起子单元的第二端连接;
第一软起子单元的控制端与外部监控模块连接;第二软起子单元的控制端与第一功率变换单元的第三端连接。
在一种可能的实施方式中,充电模块还包括:EMI电路和通信单元;
EMI电路设置在软起单元的第一端与外部电源之间和/或设置在第二功率变换单元的第二端上;
通信单元第一端与监控模块连接,通信单元的第二端与第一功率变换单元连接,通信单元的第三端与第二功率变换单元连接,通信单元用于进行信息上传和指令接收。
在一种可能的实施方式中,第一软起子单元包括:辅助继电器以及电阻;
辅助继电器与电阻串联连接构成第一支路,第一支路的第一端分别与外部电源和第二软起子单元的第一端连接,第一支路的第二端分别与第一功率变换单元的第一端和第二软起子单元的第二端连接;辅助继电器的控制端与外部监控模块连接。
在一种可能的实施方式中,辅助继电器为常闭继电器或常开继电器。
在一种可能的实施方式中,第二软起子单元包括:主继电器;
主继电器的第一端与第一软起子单元的第一端连接,主继电器的第二端与第一软起子单元的第二端连接;主继电器的控制端与第一功率变换单元的第三端连接。
在一种可能的实施方式中,辅助供电单元包括:第一辅助电源单元和第二辅助电源单元;
第一辅助电源单元的第一端连接于第一功率变换单元的第二端与第二功率变换单元的第一端之间,第一辅助电源单元的第二端分别连接第二功率变换单元的第三端和第二辅助电源单元的第一端;
第二辅助电源单元的第二端与第二功率变换单元的第四端连接,第二辅助电源单元的第三端与第一功率变换单元的第四端连接。
在一种可能的实施方式中,第一辅助电源单元包括:第一反激变换器;
第一反激变换器的输入端连接于第一功率变换单元的第二端与第二功率变换单元的第一端之间,第一反激变换器的输出端分别连接第二功率变换单元的第三端和第二辅助电源单元的第一端。
在一种可能的实施方式中,第二辅助电源单元包括:第二反激变换器;
第二反激变换器的输入端与第一辅助电源单元的第二端连接,第二反激变换器的输出端与第一功率变换单元的第四端连接,第二反激变换器的控制端与第二功率变换单元的第四端连接。
在一种可能的实施方式中,第一功率变换单元包括:AC/DC变换器和第一处理器;
AC/DC变换器的第一端与软起单元的第二端连接,AC/DC变换器的第二端与第二功率变换单元的第一端连接,AC/DC变换器的第三端与第一处理器的第一端连接;
第一处理器的第二端与软起单元的第二控制端连接。
在一种可能的实施方式中,第二功率变换单元包括:DC/DC变换器和第二处理器;
DC/DC变换器的第一端与第一功率变换单元的第二端连接,DC/DC变换器的第二端作为充电模块的功率输出端,DC/DC变换器的第三端与第二处理器的第一端连接;
第二处理器的第二端与第二辅助电源单元的第二端连接。
另一方面,本实用新型实施例提供了充电设备,包括:多个本实用新型实施例提供的上述充电模块和监控模块;
多个充电模块中每个充电模块的输入端与外部电源连接,多个充电模块中每个充电模块的第一输出端与外部负载或直流母线的正极连接,多个充电模块中每个充电模块的第二输出端与外部负载或直流母线的负极连接,多个充电模块中每个充电模块中的第一软起子单元的控制端与监控模块连接。
本实用新型实施例的有益效果如下:
本实用新型实施例中,软起单元的第一端与外部电源连接,软起单元的第二端与第一功率变换单元的第一端连接;第一功率变换单元的第二端与第二功率变换单元的第一端连接,第二功率变换单元的第二端作为充电模块的功率输出端;软起单元的第一控制端与外部监控模块连接;软起单元的第二控制端与第一功率变换单元的第三端连接。软起单元可以在第一功率变换单元和外部监控单元的控制下彻底切断外部电源与充电模块的连接,以使充电模块中没有电压和电流输入,充电模块实现零待机功耗。
本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述,并且,部分地可以从说明书中变得显而易见,或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中特别指出的结构来实现和获得。
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,并不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例,本领域普通技术人员在没有做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。
本实用新型实施例提供了一种充电模块,参阅图1所示,该充电模块100包括:软起单元110、第一功率变换单元120、第二功率变换单元130以及辅助供电单元140;
软起单元110的第一端与外部电源连接,软起单元110的第二端与第一功率变换单元120的第一端连接;第一功率变换单元120的第二端与第二功率变换单元130的第一端连接,第二功率变换单元130的第二端作为充电模块100的功率输出端;
软起单元110的第一控制端与外部监控模块连接;软起单元110的第二控制端与第一功率变换单元120的第三端连接;
辅助供电单元140的第一端连接于第一功率变换单元120的第二端与第二功率变换单元130的第一端之间;辅助供电单元140的第二端与第一功率变换单元120的第四端连接,辅助供电单元140的第三端与第二功率变换单元130的第三端连接,辅助供电单元140的控制端与第二功率变换单元130的第四端连接。
实际应用中,第一功率变换单元120和第二功率变换单元130主要用于将外部电源输入的电压和电流进行功率变换得到目标电压和目标电流,辅助电源主要是用于分别为第一功率变换单元120和第二功率变换单元130供电。软起单元110具有两个控制端,主要用于在外部监控模块和第一功率变换单元120的控制下接通或彻底切断外部电源与第一功率变换单元120的连接。其中,第一控制端与外部监控模块连接,接收外部监控模块输入的控制信号SKr并根据外部监控模块输入的控制信号SKr控制该软起单元110的辅助功率通道接通或关断;第二控制端与第一功率变换单元120的第三端连接,接收第一功率变换单元120输入的控制信号SKc并根据第一功率变换单元120输入的控制信号SKc控制该软起单元110的主功率通道接通或关断。第二功率变换单元130可以控制辅助电源是否为第一功率变换单元120供电。充电模块100的关机过程中包括具有低待机功耗模式与零待机功耗模式。低待机功耗模式是指软起单元110维持接通辅助率通道,在第二控制端的控制下关断主功率通道,且辅助供电单元140仅仅为第二功率变换单元130供电。零待机功耗模式是指软起单元110在第一控制端和第二控制端的控制下关断主功率通道和辅助功率通道,外部电源与第一功率变换单元120的连接被彻底切断。由于外部电源与第一功率变换单元120的连接被彻底切断,充电模块100中没有电压和电流输入,充电模块100可以实现零待机功耗。
在具体实施时,本实用新型实施例提供的充电模块100中,软起单元110可以有多种结构实现其功能,例如图2所示,软起单元110可以具体包括:第一软起子单元111和第二软起子单元112;
第一软起子单元111的第一端分别与外部电源和第二软起子单元112的第一端连接,第一软起子单元111的第二端分别与第一功率变换单元120的第一端和第二软起子单元112的第二端连接;
第一软起子单元111的控制端与外部监控模块连接;第二软起子单元112的控制端与第一功率变换单元120的第三端连接。
实际应用中,第一软起子单元111的控制端与外部监控模块连接,第一软起子单元111设置于软起单元110的辅助功率通道上,外部监控模块可以控制第一软起子单元111接通或关断辅助功率通道。第二软起子单元112的控制端与第一功率变换单元120的第三端连接,第二软起子单元112设置于软起单元110的主功率通道上,第一功率变换单元120可以控制第二软起子单元112接通或关断主功率通道。
在具体实施时,本实用新型实施例提供的充电模块100中,第一软起子单元111可以有多种结构实现其功能,例如图3所示,第一软起子单元111可以具体包括:辅助继电器Kr以及电阻R;
辅助继电器Kr与电阻R串联连接构成第一支路,第一支路的第一端分别与外部电源和第二软起子单元112的第一端连接,第一支路的第二端分别与第一功率变换单元120的第一端和第二软起子单元112的第二端连接;辅助继电器Kr的控制端与外部监控模块连接。
实际应用中,辅助继电器Kr用于在外部监控模块的控制下,接通或关断辅助功率通道。电阻R用于调节第一支路的电流。辅助继电器Kr以及电阻R可以在充电模块100的启机过程中实现软启动。值得说的是,辅助继电器Kr为常闭继电器或常开继电器。
在具体实施时,本实用新型实施例提供的充电模块100中,第二软起子单元112可以有多种结构实现其功能,例如图3所示,第二软起子单元112可以具体包括:主继电器Kc;
主继电器Kc的第一端与第一软起子单元111的第一端连接,主继电器Kc的第二端与第一软起子单元111的第二端连接;主继电器Kc的控制端与第一功率变换单元120的第三端连接。
实际应用中,主继电器Kc用于在第一功率变换单元120的控制下,接通或关断主功率通道。
在具体实施时,本实用新型实施例提供的充电模块100中,辅助供电单元140可以有多种结构实现其功能,例如图4所示,辅助供电单元140可以具体包括:第一辅助电源单元141和第二辅助电源单元142;
第一辅助电源单元141的第一端连接于第一功率变换单元120的第二端与第二功率变换单元130的第一端之间,第一辅助电源单元141的第二端分别连接第二功率变换单元130的第三端和第二辅助电源单元142的第一端;
第二辅助电源单元142的第二端与第二功率变换单元130的第四端连接,第二辅助电源单元142的第三端与第一功率变换单元120的第四端连接。
实际应用中,辅助供电单元140主要包括第一辅助电源单元141和第二辅助电源单元142,其中,第一辅助电源单元141用于从第一功率变换单元120的第二端采集电能后给第二辅助电源单元142和第二功率变换单元130供电。第二辅助电源单元142用于将第一辅助电源单元141提供的电压进行隔离以及电压变换后给第一功率变换单元120供电,还用于接收第二功率变换单元130发送的SSs信号并在SSs信号控制下停止向第一功率变换单元120供电。
接下来,以图3中的辅助继电器Kr为常闭继电器为例,对充电模块100的工作过程进行详细说明。图5为辅助继电器Kr为常闭继电器时充电模块100的内部控制逻辑时序图。充电模块100的工作过程主要分为启机过程和关机过程。充电模块100的启机过程对应图5中的t1~t5阶段。t1时刻,外部电源启动并接入充电模块100。在t1~t2阶段,当输入电压Vin接入后,充电模块100内部常闭继电器Kr与电阻R串联组成的第一软起子单元111接通辅助功率通道,完成软启动过程。在t2时刻,充电模块100软启动完成,充电模块100内部的第一辅助电源单元141和第二辅助电源单元142建立工作,并正常输出辅助电压Va和Vb,实现为第一功率变换单元120和第二功率变换单元130供电。在t2~t3阶段,充电模块100内部的第一辅助电源单元141和第二辅助电源单元142已经建立工作,为充电模块100的第一功率变换单元120启动做准备。在t3时刻,第一功率变换单元120控制主继电器Kc闭合,接通主功率通道。在t3~t4阶段,完成第一功率变换单元120的启动过程,为后级第二功率变换单元130工作做准备。在t4时刻:充电模块100此时开机,输出电压Vout。在t4~t5阶段,充电模块100正常工作,维持输出电压Vout。充电模块100的关机过程主要包括与图5中的t5~t7阶段对应的低待机功耗模式和与图5中的t7~t8阶段对应的零待机功耗模式。充电模块100切换为低待机功耗模式的过程如下:在t5时刻,充电模块100关机,此时无输出电压Vout。在t5~t6阶段,充电模块100输出Vout关机后,充电模块100的第一功率变换单元120处于短暂工作状态。在t6时刻,此时第一功率变换单元120控制输入侧主继电器Kc断开,主功率通道被切断,此时,第二功率变换单元130向第一辅助电源单元141发送SSs信号,关闭第二辅助电源单元142,充电模块100内部仅第二辅助电源单元142,至此充电模块100进入低待机功耗模式。在t6~t7阶段,充电模块100维持低待机功耗模式。充电模块100切换为零待机功耗模式的过程如下:在t7时刻,充电模块100与外部监控模块通信,监控模块为充电模块100发送SKr信号,此刻充电模块100内部软启动电路中的常闭继电器Kr断开,辅助功率通道也被切断,充电模块100与系统输入电压Vin彻底断开,充电模块100进入零待机功耗模式。在t7~t8阶段,充电模块100内部已停止所有工作,仅有系统端输入电压Vin,充电模块100维持零待机功耗模式。在t8时刻,外部电源的输入电压Vin断开。
进一步的,以图3中的辅助继电器Kr为常开继电器为例,对充电模块100的工作过程进行详细说明。图6为辅助继电器Kr为常开继电器时充电模块100的内部控制逻辑时序图。充电模块100的启机过程对应图5中的t1~t7阶段。在t1时刻,外部电源Vin启动。在t1~t2阶段,充电模块100处于零待机功耗模式,为充电模块100开始启动做准备。在t2时刻,外部监控模块向充电模块100发送SKr信号,此时,充电模块100的常开继电器Kr闭合,常开继电器Kr与电阻R组成的串联组成的第一软起子单元111开始软启动。t2~t3阶段为充电模块100软启动过程。在t3时刻,充电模块100软启动完成,充电模块100内部的第一辅助电源单元141和第二辅助电源单元142建立工作,并正常输出辅助电压Va和Vb,实现为第一功率变换单元120和第二功率变换单元130供电。在t3~t4阶段,充电模块100内部的第一辅助电源单元141和第二辅助电源单元142已经建立工作,为充电模块100的第一功率变换单元120启动做准备。在t4时刻,第一功率变换单元120控制主继电器Kc闭合,接通主功率通道。在t4~t5阶段,充电模块100的主继电器Kc闭合后延迟一定时间,为断开常开继电器Kr做准备。在t5时刻,外部监控模块停止为充电模块100发送SKr信号,断开充电模块100的常开继电器Kr,第一软起子单元111断开辅助功率通道。在t5~t6阶段,完成第一功率变换单元120的启动过程,为后级第二功率变换单元130工作做准备。在t6时刻,充电模块100此时开机,输出电压Vout。在t6~t7阶段,充电模块100正常工作,维持输出电压Vout。充电模块100的关机过程主要包括与图5中的t7~t9阶段对应的低待机功耗模式。充电模块100切换为零待机功耗模式的过程如下:在t7时刻,充电模块100关机,此时无输出电压Vout。在t7~t8阶段,充电模块100输出Vout关机后充电模块100的第一功率变换单元120处于短暂工作状态。在t8时刻,第一功率变换单元120控制输入侧主继电器Kc断开,主功率通道被切断,此时,充电模块100与系统输入电压Vin彻底断开,充电模块100进入零待机功耗模式。在t8~t9阶段,充电模块100内部已停止所有工作,仅有系统端输入电压Vin,充电模块100维持零待机功耗模式。在t9时刻,外部电源的输入电压Vin断开。
在具体实施时,本实用新型实施例提供的充电模块100中,第一辅助电源单元141可以有多种结构实现其功能,例如图7所示,第一辅助电源单元141至少包括:第一反激变换器;
第一反激变换器的输入端连接于第一功率变换单元120的第二端与第二功率变换单元130的第一端之间,第一反激变换器的输出端分别连接第二功率变换单元130的第三端和第二辅助电源单元142的第一端。
实际应用中,第一反激变换器主要由变压器、开关管和控制芯片构成,第一反激变换器将第一功率变换单元120的第二端输出的电压进行隔离以及电压变换后输出至第二辅助电源单元142和第二功率变换单元130,以实现为第二辅助电源单元142和第二功率变换单元130供电。
在具体实施时,本实用新型实施例提供的充电模块100中,第二辅助电源单元142可以有多种结构实现其功能,例如图7所示,第二辅助电源单元142至少包括:第二反激变换器;
第二反激变换器的输入端与第一辅助电源单元141的第二端连接,第二反激变换器的输出端与第一功率变换单元120的第四端连接,第二反激变换器的控制端与第二功率变换单元130的第四端连接。
实际应用中,第二反激变换器主要由变压器、开关管和控制芯片构成,第二反激变换器可以将第一辅助电源单元141输出的电压进行隔离以及电压变换后输出至第一起功率变换单元,以实现向第一功率变换单元120供电,还可以从第二功率变换单元130的第四端接收控制信号SSs,在第二功率变换单元130的控制下,停止向第一功率变换单元120供电。
在具体实施时,本实用新型实施例提供的充电模块100中,第一功率变换单元120可以有多种结构实现其功能,例如图8所示,第一功率变换单元120至少包括:AC/DC变换器121和第一处理器122;
AC/DC变换器121的第一端与软起单元110的第二端连接,AC/DC变换器121的第二端与第二功率变换单元130的第一端连接,AC/DC变换器121的第三端与第一处理器的第一端连接;
第一处理器的第二端与软起单元110的第二控制端连接。
实际应用中,第一处理器122可以是单片机或ARM或DSP。第一处理器122用于控制AC/DC变换器121进行交流-直流变换,还用于发送控制信号SKc至软起单元110,以使软起单元110的主功率通道接通或关断;AC/DC变换器121用于将外部电源输入的交流电转换为直流电后输出至第二功率变换单元130。
在具体实施时,本实用新型实施例提供的充电模块100中,第二功率变换单元130可以有多种结构实现其功能,例如图8所示,第二功率变换单元130至少包括:DC/DC变换器131和第二处理器132;
DC/DC变换器131的第一端与第一功率变换单元120的第二端连接,DC/DC变换器131的第二端作为充电模块100的功率输出端,DC/DC变换器131的第三端与第二处理器的第一端连接;
第二处理器的第二端与第二辅助电源单元142的第二端连接。
实际应用中,第二处理器132可以是单片机或ARM或DSP,第二处理器132用于控制DC/DC变换器131进行直流-直流变换,还用于发送控制信号SSs至第二辅助电源单元142,以使第二辅助电源单元142停止向第一功率变换单元120供电。DC/DC变换器131用于将第一功率变换单元120输出的直流电压进行调整得到目标电压输出。
在一种可能的实施方式中,参阅图9所示,充电模块100还包括:EMI电路150;
EMI电路150设置在软起单元110的第一端与外部电源之间和/或设置在第二功率变换单元130的第二端上。
实际应用中,在EMI(Electromagnetic Interference,电磁干扰)电路150设置在软起单元110的第一端与外部电源之间时,EMI电路150用于抑制功率输入端的噪声干扰。在EMI电路150设置在第二功率变换单元130的第二端上时,EMI电路150用于抑制功率输出端的噪声干扰。
在一种可能的实施方式中,参阅图10所示,充电模块100还包括:通信单元160;
通信单元160第一端与监控模块连接,通信单元160的第二端与第一功率变换单元120连接,通信单元160的第三端与第二功率变换单元130连接,通信单元160用于进行信息上传和指令接收。
实际应用中,通信模块可以为CAN(Controller Area Network,控制器局域网络)通信、RS485通信或ZigBee通信。通信模块主要是进行监控模块与第一功率变换单元120之间、监控模块与第二功率变换单元130之间的信息上传和指令接收。第一功率变换单元120和第二功率变换单元130上传至通信单元160的信息可以是输出电压、输出电流、辅助电源工作情况等信息。监控单元发送至第一功率变换单元120和第二功率变换单元130的指令可以包括充电模块100启机指令和关机指令等指令。
基于同一构思,本实用新型实施例还提供了一种充电设备,参阅图11所示,该充电设备200至少包括:多个本实用新型实施例提供的上述充电模块100和监控模块210;
多个充电模块100中每个充电模块100的输入端与外部电源连接,多个充电模块100中每个充电模块100的第一输出端与外部负载或直流母线的正极连接,多个充电模块100中每个充电模块100的第二输出端与外部负载或直流母线的负极连接,多个充电模块100中每个充电模块100中的第一软起子单元111的控制端与监控模块210连接。其中,外部电源可以是交流电源或直流电源。
实际应用中,充电设备200在接入外部电源的电压Vin后,监控模块210根据充电需求下发指令,调用充电设备200中一定数量的充电模块100,充电模块100进入启机过程。当充电设备200为电动车辆充电结束后,充电模块100关机并进入零待机功耗模式。充电设备200的实施可以参见本申请实施例提供的充电模块的实施,重复之处不再赘述。
尽管已描述了本实用新型的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本实用新型范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本实用新型实施例进行各种改动和变型而不脱离本实用新型实施例的精神和范围。这样,倘若本实用新型实施例的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内,则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。