应用在电动汽车无线充电器中的主电路拓扑结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型涉及无线充电【技术领域】，公开了一种应用在电动汽车无线充电器中的主电路拓扑结构，其包括依次连接的用于将整流器的输入电流校正成与市电电压同相位的正弦波的PFC电路、为变压器提供励磁的全桥逆变电路、用于输出整流滤波的全桥输出电路和为电池包充电的降压电路，所述PFC电路包括整流器和依次与其连接的第一电感、第一功率晶体管、第一功率二极管以及第一滤波电容，所述全桥逆变电路与变压器的原级连接，所述全桥输出电路与变压器的副级连接，所述降压电路包括第六功率晶体管、第六功率二极管、第二电感以及第三滤波电容。本实用新型提供的无线充电系统工作稳定、可靠。
【专利说明】应用在电动汽车无线充电器中的主电路拓扑结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及无线充电领域，特别是涉及一种应用在电动汽车无线充电器中的主电路拓扑结构。
【背景技术】
[0002]随着电动汽车的发展，高压电池包充电技术成了关注的热点，对电动汽车进行无线充电可以带来诸多好处，在使用上方便、安全。但是由于无线充电是通过变压器磁芯的对接来实现，当第二级电路和第三级电路通过磁芯对接的时候，导致变压器的原边和副边无电压反馈，由于缺少后级电压反馈，因此单从全桥拓扑来看，是开环系统，会导致电路工作不稳定。
实用新型内容
[0003](一)要解决的技术问题
[0004]本实用新型要解决的技术问题是如何提供一种稳定、可靠的无线充电系统。
[0005](二)技术方案
[0006]为了解决上述技术问题，本实用新型提供一种应用在电动汽车无线充电器中的主电路拓扑结构，其包括依次连接的用于将整流器的输入电流校正成与市电电压同相位的正弦波的PFC电路、为变压器提供励磁的全桥逆变电路、用于输出整流滤波的全桥输出电路和为电池包充电的降压电路。
[0007]其中，所述PFC电路包括整流器和依次与其连接的第一电感、第一功率晶体管、第一功率二极管以及第一滤波电容，所述第一电感连接在整流器的电流输出线路上，所述第一功率晶体管并联在整流器的电流回路中，其漏极与整流器的电流输出线路连接，所述第一功率二极管串联在整流器的电流输出线路上，且其正极与第一功率晶体管的漏极连接，所述第一滤波电容并联在所述整流器的电流回路上；
[0008]所述全桥逆变电路与变压器的原级连接，其包括第二功率晶体管、第三功率晶体管、第四功率晶体管和第五功率晶体管，所述第二功率晶体管和第三功率晶体管串联后并联在整流器的电流回路上，所述第四功率晶体管和第五功率晶体管串联后并联在所述整流器的电流回路上；
[0009]所述全桥输出电路与变压器的副级连接，其包括第二功率二极管、第三功率二极管、第四功率二极管、第五功率二极管和第二滤波电容，所述第二功率二极管和第三功率二极管串联后并联在电流回路中，所述第四功率二极管和第五功率二极管串联后并联在电流回路中，所述第二滤波电容并联在电流回路中；
[0010]所述降压电路包括第六功率晶体管、第六功率二极管、第二电感以及第三滤波电容，所述第六功率晶体管串联在电流输出线路中，其漏极与所述第二滤波电容连接，所述第六功率二极管并联在电流回路中，其负极连接第六功率晶体管的源极，所述第二电感串联在电流输出线路中，所述第三滤波电容并联在电流回路中。[0011]其中，所述PFC电路设有第一稳定电路，其包括第一误差放大器、第一 PWM调制器以及第一基极驱动器，所述第一误差放大器的反向输入端连接所述第一功率二极管的负极，所述第一误差放大器的正向输入端连接参考电压，所述第一误差放大器的电压输出端连接PWM调制器的第一电压输入端，所述第一 PWM调制器的电压输出端连接第一基极驱动器，所述第一基极驱动器连接第一功率晶体管的栅极。
[0012]其中，所述降压电路设有第二稳定电路，其包括第二误差放大器、第二 PWM调制器以及第二基极驱动器，所述第二误差放大器的反向输入端连接所述第一电感的电流输出端，所述第二误差放大器的正向输入端连参考电压，所述第二误差放大器的电压输出端连接第二 PWM调制器的第一电压输入端，所述第二 PWM调制器的电压输出端连接第二基极驱动器，所述第二基极驱动器连接第六功率晶体管的栅极。
[0013]其中，所述功率晶体管优选为MOSFET管。
[0014]其中，所述PFC电路和全桥逆变电路设于所述电动汽车的外部充电设备中，所述全桥输出电路和降压电路设于车内的接收电能设备中。
[0015](三)有益效果
[0016]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0017]本实用新型提供的一种应用在电动汽车无线充电器中的主电路拓扑结构，其设有PFC电路、全桥逆变电路、全桥输出电路和降压电路四级拓扑结构，来实现为电动汽车进行无线充电，并且PFC电路和降压电路与设置的稳定电路形成闭环控制，以保证系统工作的稳定性。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1为本实用新型的电路连接框图；
[0019]图2为图1的具体电路连接原理图；
[0020]图3是本实用新型的第一稳定电路的连接电路图；
[0021]图4是本实用新型的第二稳定电路的连接电路图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图和实施例，对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实例用于说明本实用新型，但不用来限制本实用新型的范围。
[0023]如图1所示，为本实用新型提供的一种应用在电动汽车无线充电器中的主电路拓扑结构，其包括依次连接PFC电路、为变压器提供励磁的全桥逆变电路、用于输出整流滤波的全桥输出电路和为电池包充电的降压电路，形成四级拓扑电路。所述PFC电路用于将整流器的输入电流校正成与市电电压同相位的正弦波，消除谐波和无功电流，以实现将市电的功率因素提高到近似为1，所述PFC电路的输入侧为市电220V交流电压，经过第一级PFC电路后转换成直流电压，再经过第二级全桥电路，将直流电转换成交流电，用于给变压器励磁，通过磁芯对接来实现变压器原、副级的磁路耦合，第三级电路为全桥输出电路，用于输出整流滤波，经过第四级降压电路后得到的第四级输出电压直接给电池充电，以此来实现电动汽车无线充电。
[0024]如图2所示，所述PFC电路包括整流器和依次与其连接的第一电感L1、第一功率晶体管Q1、第一功率二极管Dl以及第一滤波电容Cl，所述第一电感LI连接在整流器的电流输出线路上，所述第一功率晶体管Ql并联在整流器的电流回路中，其漏极与整流器的电流输出线路连接，其源极与整流器的电流输入线路连接，所述第一功率二极管Dl串联在整流器的电流输出线路上，且其正极与第一功率晶体管Ql的漏极连接，所述第一滤波电容Cl并联在所述整流器的电流回路上；用以输出稳定的直流电压。
[0025]所述全桥电路与变压器Tl的原级连接，其包括第二功率晶体管Q2、第三功率晶体管Q3、第四功率晶体管Q4和第五功率晶体管Q5，所述第二功率晶体管Q2和第三功率晶体管Q3串联后并联在整流器的电流回路上，所述第四功率晶体管Q4和第五功率晶体管Q5串联后并联在所述整流器的电流回路上所述晶体管Q3的源极连接晶体管Q4的漏极，所述晶体管Q4的源极连接晶体管Q5的漏极，所述变压器Tl的原级分别连接在晶体管Q2、Q3之间以及晶体管Q4、Q5之间；所述功率晶体管Q2、Q5以及Q3、Q4交替导通来给变压器Tl原级励磁，在第二级全桥逆变电路中，可以设置功率管工作时的占空比为固定值，不随负载的变化而变化，这样传递到第三级经过整流滤波后所得到的电压值会在可控范围之内。
[0026]所述全桥输出电路与变压器Tl的副级连接，其包括第二功率二极管D2、第三功率二极管D3、第四功率二极管D4、第五功率二极管D5和第二滤波电容C2，所述第二功率二极管D2和第三功率二极管D3串联后并联在电流回路中，所述第四功率二极管D4和第五功率二极管D5串联后并联在电流回路中，所述第二滤波电容C2并联在电流回路中；通过功率二极管D2、D3、D4和D5组成的全桥电路将二级输入的交流电压转换成直流电压再通过电容C2滤波后得到稳定的直流电压。
[0027]所述降压电路包括第六功率晶体管Q6、第六功率二极管D6、第二电感L2以及第三滤波电容C3，所述第六功率晶体管Q6串联在电流输出线路中，其漏极与所述第二滤波电容C2连接，所述第六功率二极管D6并联在电流回路中，其负极连接第六功率晶体管Q6的源极，所述第二电感L2串联在电流输出线路中，所述第三滤波电容C3并联在电流回路中。三级输入的直流电压经过降压处理后得到的电压直接给高压电池包充电。
[0028]如图3所示，其中，所述PFC电路设有第一稳定电路，其包括第一误差放大器、第一 PWM调制器以及第一基极驱动器，所述第一误差放大器的反向输入端连接所述第一功率二极管的负极，所述第一误差放大器的正向输入端连接参考电压Vref，所述第一误差放大器的电压输出端输出的电压Vea输入第一 PWM调制器的第一电压输入端，所述第一 PWM调制器的第二电压输入端连接电压VI，所述第一 PWM调制器的电压输出端连接第一基极驱动器，所述第一基极驱动器连接第一功率晶体管的栅极。第一级PFC电路为闭环系统，采集电容Cl上的电压经过误差放大器放大后进入PWM调制器然后经过基极驱动器来驱动功率管Q1，此时通过电压反馈环路可以保证PFC的输出级电压为稳定值。所述PWM是“Pulse WidthModulation”的缩写，简称脉宽调制。
[0029]如图4所示，所述降压电路设有第二稳定电路，其包括第二误差放大器、第二 PWM调制器以及第二基极驱动器，所述第二误差放大器的反向输入端连接所述第一电感的电流输出端，所述第二误差放大器的正向输入端连参考电压Vref，所述第二误差放大器的电压输出端输出的电压Vea输入连接第二 PWM调制器的第一电压输入端，所述第一 PWM调制器的第二电压输入端连接电压VI，所述第二 PWM调制器的电压输出端连接第二基极驱动器，所述第二基极驱动器连接第六功率晶体管的栅极。当输入电压在可控范围内的情况下，可以保证给电池充电电压也是稳定的。通过采集电容C3上的电压经过误差放大器放大后进入PWM调制器然后经过基极驱动器来驱动功率管Q6，经过电压反馈环路可以保证降压电路输出电压为一个稳定值。
[0030]其中，所述功率晶体管优选为MOSFET管，为金氧半场效晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET)是一种可以广泛使用在模拟电路与数字电路的场效晶体管。
[0031 ] 其中，所述PFC电路和全桥逆变电路设于外部充电设备中，所述全桥输出电路和降压电路设于车内接收电能设备中，设计合理，充电方便。
[0032]本实用新型采用PFC电路、全桥逆变电路、全桥输出电路和降压电路四级拓扑结构，来实现为电动汽车进行无线充电，并且在PFC电路和降压电路中设置稳定电路形成闭环控制，以保证系统工作的稳定性。
[0033]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。
【权利要求】
1.一种应用在电动汽车无线充电器中的主电路拓扑结构，其特征在于，包括依次连接的用于将整流器的输入电流校正成与市电电压同相位的正弦波的PFC电路、为变压器提供励磁的全桥逆变电路、用于输出整流滤波的全桥输出电路和为电池包充电的降压电路。
2.如权利要求1所述的应用在电动汽车无线充电器中的主电路拓扑结构，其特征在于，所述PFC电路包括整流器和依次与其连接的第一电感、第一功率晶体管、第一功率二极管以及第一滤波电容，所述第一电感连接在整流器的电流输出线路上，所述第一功率晶体管并联在整流器的电流回路中，其漏极与整流器的电流输出线路连接，所述第一功率二极管串联在整流器的电流输出线路上，且其正极与第一功率晶体管的漏极连接，所述第一滤波电容并联在所述整流器的电流回路上； 所述全桥逆变电路与变压器的原级连接，其包括第二功率晶体管、第三功率晶体管、第四功率晶体管和第五功率晶体管，所述第二功率晶体管和第三功率晶体管串联后并联在整流器的电流回路上，所述第四功率晶体管和第五功率晶体管串联后并联在所述整流器的电流回路上； 所述全桥输出电路与变压器的副级连接，其包括第二功率二极管、第三功率二极管、第四功率二极管、第五功率二极管和第二滤波电容，所述第二功率二极管和第三功率二极管串联后并联在电流回路中，所述第四功率二极管和第五功率二极管串联后并联在电流回路中，所述第二滤波电容并联在电流回路中； 所述降压电路包括第六功率晶体管、第六功率二极管、第二电感以及第三滤波电容，所述第六功率晶体管串联在电流输出线路中，其漏极与所述第二滤波电容连接，所述第六功率二极管并联在电流回路中，其负极连接第六功率晶体管的源极，所述第二电感串联在电流输出线路中，所述第三滤波电容并联在电流回路中。
3.如权利要求2所述的应用在电动汽车无线充电器中的主电路拓扑结构，其特征在于，所述PFC电路设有第一稳定电路，其包括第一误差放大器、第一 PWM调制器以及第一基极驱动器，所述第一误差放大器的反向输入端连接所述第一功率二极管的负极，所述第一误差放大器的正向输入端连接参考电压，所述第一误差放大器的电压输出端连接PWM调制器的第一电压输入端，所述第一 PWM调制器的电压输出端连接第一基极驱动器，所述第一基极驱动器连接第一功率晶体管的栅极。
4.如权利要求2所述的应用在电动汽车无线充电器中的主电路拓扑结构，其特征在于，所述降压电路设有第二稳定电路，其包括第二误差放大器、第二 PWM调制器以及第二基极驱动器，所述第二误差放大器的反向输入端连接所述第一电感的电流输出端，所述第二误差放大器的正向输入端连参考电压，所述第二误差放大器的电压输出端连接第二 PWM调制器的第一电压输入端，所述第二 PWM调制器的电压输出端连接第二基极驱动器，所述第二基极驱动器连接第六功率晶体管的栅极。
5.如权利要求2-4任一项所述的应用在电动汽车无线充电器中的主电路拓扑结构，其特征在于，所述功率晶体管为MOSFET管。
6.如权利要求5任一项所述的应用在电动汽车无线充电器中的主电路拓扑结构，其特征在于，所述PFC电路和全桥逆变电路设于所述电动汽车的外部充电设备中，所述全桥输出电路和降压电路设于车内的接收电能设备中。
【文档编号】H02J7/02GK203660621SQ201320824439
【公开日】2014年6月18日 申请日期:2013年12月12日 优先权日:2013年12月12日
【发明者】孙小波, 张君鸿, 马跃强, 徐应物, 鲁连军 申请人:北汽福田汽车股份有限公司