一种交错模式的模块化并联均流高效充电模块的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种交错模式的模块化并联均流高效充电模块，包括前级AC?DC部分和后级DC?DC部分；所述前级AC?DC部分和后级DC?DC部分通过CAN总线连接；所述前级AC?DC部分包括依次连接的EMI模块、整流模块、PFC驱动、一级辅助电源、二级辅助电源、电压电流采样、RC吸收电路、风扇、接口和LED；所述后级DC?DC部分包括依次连接的MOS管驱动电路、主拓扑电路、PI环路电路、采样电路、辅助电源电路、输出EMC、CAN通讯电路、温度采样、DC保护电路、在位信号及接口电路。该充电模块输入输出电流纹波均减小到30%；采用三相并联均流输出，模块化结构，可实现大功率输出。克服了模块化带来的负载不均分特性，造成设备寿命缩短，故障率增加等缺陷，延长了设备使用寿命，减少了故障率。
【专利说明】
一种交错模式的模块化并联均流高效充电模块
技术领域
[0001]本实用新型属于电动汽车充电领域，特别涉及一种交错模式的模块化并联均流高效充电模块。
【背景技术】
[0002]随着电动汽车产业的快速发展，用户对电动汽车充电粧性能的需求日益增加，而目前电动汽车充电粧建设的规模小、数量少，电动汽车充电粧相关技术大部分还处在实际应用的初级阶段。
[0003 ]电动汽车的发展趋势已经势不可挡，大规模的充电粧(站)建设势必会对地方配网造成影响，由于电动汽车充电形式的多样性，并且在运行中会产生大量的谐波污染，这些都会对变压器、继电保护等设备造成影响，甚至导致继电保护装置的误动或拒动。因此，研究电动汽车智能化充电粧(站)是一项促进电动汽车产业化发展的重要工作，在技术、经济和社会效益等方面也具有重大意义。
[0004]高效、高功率密度和高性能的电动汽车充电机是国内外厂商追求的技术目标。为了获取高效、高功率密度和高性能的指标，电动汽车充电机需要工作在较高的开关频率下，然而较高的开关频率带来了较大的开关损耗。因此，变换器必须采用软开关电路以减小开关过程带来的损耗。
【实用新型内容】
[0005]为解决减小开关过程带来的损耗的技术问题，本实用新型采用两级式AC-DC-DC拓扑形式，前级采用VIENNA整流电路或者三相PFC整流电路，后级采用级联式的LLC谐振变换器，两路LLC谐振变换器，实现交错级联结构，以此来减小纹波。
[0006]本实用新型采用的技术方案是:一种交错模式的模块化并联均流高效充电模块，包括前级AC-DC部分和后级DC-DC部分;所述前级AC-DC部分和后级DC-DC部分通过CAN总线连接;所述前级AC-DC部分包括依次连接的EMI模块、整流模块、PFC驱动、一级辅助电源、二级辅助电源、电压电流采样、RC吸收电路、风扇、接口和LED;所述后级DC-DC部分包括依次连接的MOS管驱动电路、主拓扑电路、PI环路电路、采样电路、辅助电源电路、输出EMC、CAN通讯电路、温度采样、DC保护电路、在位信号及接口电路。
[0007]优选的，所述整流模块采用VIENNA整流电路或三相PFC整流电路。
[0008]优选的，所述主拓扑电路采用两路LLC谐振变换器，实现交错模式LLC谐振变换结构。
[0009]进一步优选的，所述交错式LLC谐振变换结构其开关管互补导通，占空比为0.5。
[0010]本实用新型工作流程:三相交流电源输入经过EMI模块滤除差模信号和共模信号，同时对交流输入开启检测与保护。通过VIENNA整流电路或三相PFC整流电路将交流转化为直流，此时可通过辅助电源电路从前级输出取电给控制保护电路供电，控制PWM发生器驱动后级DC-AC逆变电路的MOS管工作。前级输出经过DC-AC逆变电路、高频变压器、整流滤波电路实现DC-DC的转换，保证输出电压电流的高精度和低纹波。通过将输出电压、电流及温度的检测信息反馈给控制与保护电路而对系统进行控制，形成一个PI环路;通过CAN总线接口，充电模块可以进行通讯并自动控制充电模式，也能够通过CAN接口读取工作状态和故障信息，保证了充电模块的安全性。通过输出EMI模块实现了对输出干扰的消除。后级DC-DC部分交错模式LLC谐振变换模块电路，开关管互补导通，占空比为0.5，通过调节开关频率控制变换器输出电流和电压。为防止桥臂直通，加入死区时间，从而在开关过程中引入振荡，实现零电压(ZVS)开关。
[0011]本实用新型的前级AC-DC部分采用VIENNA整流电路或三相PFC整流电路，将输入三相电压变换为高压直流母线电压，并保证输入电流具有较高的波形质量和较高的功率因数。
[0012]后级DC-DC部分采用交错模式LLC谐振变换结构，LLC谐振变换器的开关管互补导通，占空比为0.5，通过调节开关频率控制变换器输出电流和电压;为防止桥臂直通，加入死区时间，从而在开关过程中引入振荡，实现零电压开关。
[0013]前级AC-DC部分和后级DC-DC部分之间通过CAN总线可以进行通讯并自动控制充电模式，也能够通过CAN接口读取工作状态和故障信息。
[0014]考虑到电网三相电压的特性及设备稳定性、寿命等因素，采用三相并联均流输出，达到大功率输出目的。
[0015]对于大功率系统难以通过单一模块实现，故采用模块化结构，同时考虑到模块化带来的负载不均分特性，造成设备寿命缩短，故障率增加等缺点，采用负载均流措施，实现各交错模式LLC谐振变换器模块的负载自动均分。
[0016]本实用新型的有益效果是:
[0017]前级AC-DC部分采用VIENNA整流或三相PFC整流拓扑结构，后级DC-DC部分采用两路LLC谐振变换器，实现交错级联结构，输入输出电流纹波均减小到30%;采用三相并联均流输出，模块化结构，可实现大功率输出。采用负载均流措施，实现LLC谐振变换器模块的负载自动均分，克服了模块化带来的负载不均分特性，造成设备寿命缩短，故障率增加等缺陷，延长了设备使用寿命，减少了故障率。
【附图说明】
[0018]图1是本实施全原理框图。
[0019]图2是本实施例交错式LLC谐振变换结构等效原理图。
【具体实施方式】
[0020]通过以下详细说明结合附图可以进一步理解本实用新型的特点和优点。所提供的实施例仅是对本实用新型方法的说明，而不以任何方式限制本实用新型揭示的其余内容。
[0021]本实施例采用如下技术方案:一种交错模式的模块化并联均流高效充电模块，包括前级AC-DC部分和后级DC-DC部分;所述前级AC-DC部分和后级DC-DC部分通过CAN总线连接;所述前级AC-DC部分包括依次连接的EMI模块、整流模块、PFC驱动、一级辅助电源、二级辅助电源、电压电流采样、RC吸收电路、风扇、接口和LED;所述后级DC-DC部分包括依次连接的MOS管驱动电路、主拓扑电路、PI环路电路、采样电路、辅助电源电路、输出EMC、CAN通讯电路、温度采样、DC保护电路、在位信号及接口电路。
[0022]所述整流模块采用VIENNA整流电路或三相PFC整流电路。
[0023]所述主拓扑电路采用两路LLC谐振变换器，实现交错模式LLC谐振变换结构。
[0024]所述交错式LLC谐振变换结构其开关管互补导通，占空比为0.5。
[0025]前级AC-DC部分采用VIENNA整流电路，将输入三相电压变换为高压直流母线电压，并保证输入电流具有较高的波形质量和较高的功率因数。
[0026]后级DC-DC部分采用交错模式LLC谐振变换结构，LLC谐振变换器的工作机理与串联和并联谐振变换器相似。开关管互补导通，占空比为0.5，通过调节开关频率控制变换器输出电流和电压。为防止桥臂直通，加入死区时间，从而在开关过程中引入振荡，实现零电压(ZVS)开关。
[0027]前级AC-DC部分和后级DC-DC部分之间通过CAN总线可以进行通讯并自动控制充电模式，也能够通过CAN接口读取工作状态和故障信息。
[0028]考虑到电网三相电压的特性及设备稳定性、寿命等因素，采用三相并联均流输出，达到大功率输出目的。
[0029]对于大功率系统难以通过单一模块实现，故采用模块化结构，同时考虑到模块化带来的负载不均分特性，造成设备寿命缩短，故障率增加等缺点，采用负载均流措施，实现各交错模式LLC谐振变换器模块的负载自动均分。
[0030]如图1所示，三相交流电源从输入经过EMI模块滤除差模信号和共模信号，同时对交流输入开启检测与保护。通过VIENNA整流电路将交流转化为直流，此时可通过辅助电源电路从前级输出取电给控制保护电路供电，控φ?」Ρ丽发生器驱动后级DC-AC逆变电路的MOS管工作。前级输出经过DC-AC逆变电路、高频变压器、整流滤波电路实现DC-DC的转换，保证输出电压电流的高精度和低纹波。
[0031]通过将输出电压、电流及温度的检测信息反馈给控制与保护电路而对系统进行控制，形成一个PI环路;通过CAN总线接口，充电模块可以进行通讯并自动控制充电模式，也能够通过CAN接口读取工作状态和故障信息，保证了充电模块的安全性。最后通过输出EMI模块实现了对输出干扰的消除。
[0032]如图2所示，为后级DC-DC部分交错式LLC谐振变换结构等效原理图。其开关管互补导通，占空比为0.5，通过调节开关频率控制变换器输出电流和电压。为防止桥臂直通，加入死区时间，从而在开关过程中引入振荡，实现零电压(ZVS)开关。
[0033]当开关管Τ1、Τ4导通，谐振电流以正弦形式上升，整流二极管D5导通，输出电容电压将变压器钳位，励磁电流线性上升。当励磁电流与谐振电流相等时，整流二极管D5上电流自然过零关断，励磁电感参与谐振，由于励磁电感较大，谐振电流可视为不变。
[0034]当开关管Tl、Τ4零压关断，谐振电流对Tl和Τ4寄生电容充电，同时对Τ2和Τ3寄生电容放电。当开关管Τ2、Τ3寄生电容电压放电至零，谐振电流通过Τ2和Τ3的二极管，Τ2和Τ3导通实现零电压开通。在后半周期，变换器工作状态与前半周期相似。
[0035]综上所述，本实施例前级AC-DC部分采用VIENNA整流拓扑结构，后级DC-DC部分采用两路LLC谐振变换器，实现交错级联结构，以此来减小纹波，从而将直流电压转换为电池充电所需的电压和电流值，并保证较高的电流电压精度和较低的电流电压纹波。针对大功率系统采用模块化并联均流技术，实现各交错模式LLC谐振变换器模块负载的自动均分，延长设备使用寿命，减少故障率。
【主权项】
1.一种交错模式的模块化并联均流高效充电模块，其特征在于:包括前级AC-DC部分和后级DC-DC部分;所述前级AC-DC部分和后级DC-DC部分通过CAN总线连接;所述前级AC-DC部分包括依次连接的EMI模块、整流模块、PFC驱动、一级辅助电源、二级辅助电源、电压电流采样、RC吸收电路、风扇、接口和LED;所述后级DC-DC部分包括依次连接的MOS管驱动电路、主拓扑电路、PI环路电路、采样电路、辅助电源电路、输出EMC、CAN通讯电路、温度采样、DC保护电路、在位彳目号及接口电路。2.根据权利要求1所述的交错模式的模块化并联均流高效充电模块，其特征在于:所述整流模块采用VIENNA整流电路或三相PFC整流电路。3.根据权利要求1所述的交错模式的模块化并联均流高效充电模块，其特征在于:所述主拓扑电路采用两路LLC谐振变换器，实现交错模式LLC谐振变换结构。4.根据权利要求3所述的交错模式的模块化并联均流高效充电模块，其特征在于:所述交错式LLC谐振变换结构其开关管互补导通，占空比为0.5。
【文档编号】H02M1/14GK205666668SQ201620546160
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年6月7日
【发明人】王军华, 王庭喜, 周军, 蔡昌松
【申请人】武汉中楚珞珈科技有限公司