一种基于兼容单相和三相交流输入的PFC电路的控制方法与流程

本发明涉及无线充电领域，尤其涉及一种基于兼容单相和三相交流输入的pfc电路的控制方法。

背景技术：

随着国家对环保越来越重视，大力提倡节能、减排、降污的越来越重视，新能源汽车逐渐成为消费者出行的首选，加上国家新能源补贴政策，越来越多的新能源汽车如雨后春笋般地涌出，新能源汽车在节能环保、无排放尤为突出，加之不限号，更方便出行。

然而，新能源汽车充电难、充电慢等问题成为电动汽车发展过程中面临的瓶颈，尤其是电动巴士和大型电动汽车的充电频繁、续航里程短、电池成本高昂等问题难以解决，在这种背景下，非接触式方式，在汽车行驶过程中，实时为电动汽车充电，显得迫在眉睫。其中，非接触方式主要是采用磁感应式无线电能传输系统。

磁感应式无线电能传输系统在使用中，受使用场合电网输入条件的限制，有的场合例如高速公路上只有三相电源充电，有的场合例如普通的住宅或小区只有单相电源。这样就需要能兼容单相及三相电源充电的磁感应式无线电能传输系统。然而，目前普遍采用磁感应式无线电能传输系统在单相充电模式时功率一般较小，谐波、效率等指标较低。

技术实现要素：

本发明的目的是提供了一种基于兼容单相和三相交流输入的pfc电路的控制方法，该方法旨在解决兼容在各种场合及时补充电能的便捷需求，同时实现了在单相交流充电的模式下实现充电速度快、效率高的目的。

本发明采取如下技术方案实现：

一种基于兼容单相和三相交流输入的pfc电路的控制方法，所述兼容单相和三相交流输入的pfc电路包括4个电源输入端子1-4、三相桥式pfc单元和控制单元。电源输入端子的输入端用于耦接外部交流电源，输出端耦接控制单元。三相桥式pfc单元包括依次耦接的电感模块、开关模块和滤波模块。电源输入端子的输入端用于耦接外部交流电源，电感模块包括电感l1-l4，电感l1-l4的一端分别分别耦接控制单元。开关模块包括8个开关管m1-m8，开关管m1-m8的栅极分别耦接控制单元，开关管m1的源极和m5的漏极耦接电感l1的另一端，开关管m2的源极和m6的漏极耦接电感l2的另一端，开关管m3的源极和m7的漏极耦接电感l3的另一端，开关管m4的源极和m8的漏极耦接电感l4的另一端，开关管m1-m4的漏极作为第一输出引脚耦接滤波模块的正输入端，开关管m5-m8的源极和滤波模块的负输入端用于耦接地。滤波模块的输出端用于耦接负载。控制单元包括dsp控制模块，与dsp控制模块的输出端耦接的隔离驱动模块以及与dsp控制模块的输入端耦接的检测模块。检测模块的输入端耦接电源输入端子1-4的输出端，输出端耦接电感l1-l4的一端，隔离驱动模块的输出端分别耦接开关管m1-m8的栅极。控制方法包括根据单相或者三相交流输入，更改电源输入端子的接线关系，在单相交流电源输入时，dsp控制模块基于电源输入端子的接线关系，通过控制开关管的开通和关断，使三相桥式pfc单元在单相桥式pfc模式、单相半桥pfc模式或改进型单相桥式pfc模式任一模式工作或者三种模式切换工作。

进一步的，电源输入端子1-3耦接单相交流电的l，电源输入端子4耦接单相交流电的n，控制三相桥式pfc单元工作在单相半桥pfc模式。

进一步的，控制三相桥式pfc单元工作在单相半桥pfc模式的方法具体包括：当输入电压为正半周期，即l为正，n为负，三相桥式pfc单元切换工作在以下两种模式：模式1，控制单元控制开关管m4、m5、m6开通,开关管m1、m2、m3关断，电源对电感l1、l2、l3储能；模式2，控制单元控制开关管m1、m2、m3开通,开关管m4、m5、m6关断，电感l1、l2、l3释放能量。当输入电压为负半周期，即l为负，n为正，三相桥式pfc单元切换工作在以下两种模式，模式3，控制单元控制开关管m1、m2、m3开通,开关管m4、m5、m6关断，电源对电感l1、l2、l3储能；模式4，控制单元控制开关管m4、m5、m6开通,开关管m1、m2、m3关断，电感l1、l2、l3释放能量。

进一步的，电源输入端子1耦接单相交流电的l，电源输入端子2耦接单相交流电的n，电源输入端子3和4悬空，控制三相桥式pfc单元工作在单相桥式pfc模式。

进一步的，控制三相桥式pfc单元工作在单相桥式pfc模式具体包括：当输入电压为正半周期，即l为正，n为负，三相桥式pfc单元切换工作在以下两种模式，模式1，控制单元控制开关管m4、m5开通,开关管m1-m3、m6关断，电源对电感l1、l2储能；模式2，控制单元控制开关管m1、m5开通,开关管m1-m4、m6关断，电感l1、l2释放能量。当输入电压为负半周期，即l为负，n为正，三相桥式pfc单元切换工作在以下两种模式，模式3，控制单元控制开关管m4、m5开通,开关管m1-m3、m6关断，电源对电感l1、l2储能；模式4，控制单元控制开关管m2、m4导通,开关管m1、m3、m5、m6关断，电感l1、l2释放能量。

进一步的，兼容单相和三相交流输入的pfc电路还包括电源输入端子5，电源输入端子1和2耦接单相交流电的l，电源输入端子3和4耦接单相交流电的n，电源输入端子5悬空，控制三相桥式pfc单元工作在改进型单相桥式pfc模式。

进一步的，控制三相桥式pfc单元工作在改进型单相桥式pfc模式的方法具体包括：当输入电压为正半周期，即l为正，n为负，三相桥式pfc单元切换工作在以下两种模式，模式1，控制单元控制开关管m5-m8开通,开关管m1-m4关断，电源对电感l1、l2储能；模式2，控制单元控制开关管m1、m2、m7、m8开通,开关管m3-m6关断，电感l1、l2释放能量。当输入电压为负半周期，即l为负，n为正，三相桥式pfc单元切换工作在以下两种模式，模式3，控制单元控制开关管m5-m8开通,开关管m1-m4关断，电源对电感l1、l2储能；模式4，控制单元控制开关管m3-m6导通,开关管m1、m2、m7、m8关断，电感l1、l2释放能量。

进一步的，滤波模块包括电容c1和c2，电容c1的正极耦接第一输出引脚，电容c1的负极和电容c2的正极耦接电源输入端子5，电容c2的负极用于耦接地。

本发明具有如下技术优点或有益效果：

本申请根据外部单相或者三相交流输入，更改交流输入端的接线关系和控制方法，实现了兼容三相交流输入和单线交流输入，并且在单相交流输入实现在单相桥式pfc模式、单相半桥pfc模式、改进型单相桥式pfc模式任一模式工作。并可实现三种工作模式的切换。提供单相充电的功率和效率。解决了不同场合下无线充电的通用性要求，降低了成本，方便无线充电系统的推广和发展。

附图说明

图1为本发明实施例的兼容单相和三相交流输入的pfc电路的电路原理图；

图2为本发明实施例的单相半桥pfc模式输入电压为正半周期的模式1的工作示意图；

图3为本发明实施例的单相半桥pfc模式输入电压为正半周期的模式2的工作示意图；

图4为本发明实施例的单相半桥pfc模式输入电压为负半周期的模式3的工作示意图；

图5为本发明实施例的单相半桥pfc模式输入电压为负半周期的模式4的工作示意图；

图6为本发明实施例的单相桥式pfc模式输入电压为正半周期的模式1的工作示意图；

图7为本发明实施例的单相桥式pfc模式输入电压为正半周期的模式2的工作示意图；

图8为本发明实施例的单相桥式pfc模式输入电压为负半周期的模式3的工作示意图；

图9为本发明实施例的单相桥式pfc模式输入电压为负半周期的模式4的工作示意图；

图10为本发明实施例的改进型单相桥式pfc模式输入电压为正半周期的模式1的工作示意图；

图11为本发明实施例的改进型单相桥式pfc模式输入电压为正半周期的模式2的工作示意图；

图12为本发明实施例的改进型单相桥式pfc模式输入电压为负半周期的模式3的工作示意图；

图13为本发明实施例的改进型单相桥式pfc模式输入电压为负半周期的模式4的工作示意图；

具体实施方式

为了便于本领域人员更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明，下述仅是示例性的，不限定本发明的保护范围。

如图1所示，为本发明实施例的兼容单相和三相交流输入的pfc电路的电路原理图，兼容单相和三相交流输入的pfc电路包括4个电源输入端子1-4、三相桥式pfc单元和控制单元。电源输入端子输入端用于耦接外部交流电源，输出耦接电感模块和控制单元。三相桥式pfc单元包括依次耦接电感模块、开关模块和滤波模块。电感模块包括电感l1-l4，电感l1-l4的一端分别耦接4个电源输入端子1-4。开关模块包括8个开关管m1-m8，开关管m1-m8的栅极分别耦接控制单元，开关管m1的源极和m5的漏极耦接电感l1的另一端，开关管m2的源极和m6的漏极耦接电感l2的另一端，开关管m3的源极和m7的漏极耦接电感l3的另一端，开关管m4的源极和m8的漏极耦接电感l4的另一端，开关管m1-m4的漏极作为第一输出引脚耦接滤波模块的正输入端，开关管m5-m8的源极和滤波模块的负输入端用于耦接地。滤波模块的输出端用于耦接负载。控制单元包括dsp控制模块和与dsp控制模块的输出端耦接的隔离驱动模块，dsp控制模块耦接4个电源输入端子1-4，隔离驱动模块的输出端分别耦接开关管m1-m8的栅极。

需要说明的是，考虑安全性能和emc，电源输入端子后端耦接安规电容，连接关系如图1所示的安规电容c3-c6。

本发明所述的一种基于兼容单相和三相交流输入的pfc电路的控制方法，根据单相或者三相交流电源输入，更改电源输入端子的接线关系，在单相交流电源输入时，dsp控制模块基于电源输入端子的接线关系，通过控制开关管的开通和关断，使三相桥式pfc单元在单相桥式pfc模式、单相半桥pfc模式或改进型单相桥式pfc模式任一模式工作或者三种模式切换工作。

下面结合图2-图13对本发明的基于兼容单相和三相交流输入的pfc电路的控制方法进行进一步详细说明。

图2-图5为本发明实施例的单相半桥pfc模式的工作示意图，当汽车无线充电系统输入的外部电源为单相交流电源，电源输入端子1-3耦接单相交流电的l，电源输入端子4耦接单相交流电的n。

在输入电压为正半周期，即l为正电压、n为负电压，单相半桥pfc模式在模式1和模式2下交替工作。如图2所示模式1中，mos管m4(m5、m6)开通，电源对电感l1(l2、l3)储能。电流流向：l→l1(l2、l3)→m4(m5、m6)→c2→电源n。电容c1、c2对负载r1提供能量。如图3所示模式2中，mos管m1(m2、m3)开通，电感l1(l2、l3)释放能量，电容c1储能。电流流向：电源l→l1(l2、l3)→m1(m2、m3)→c1→电源n。电容c1、c2对负载r1提供能量；

在输入电压为负半周期时，即l为负电压、n为正电压。单相半桥pfc模式在模式3和模式4下交替工作。如图4所示模式3中，mos管m1(m2、m3)开通，电感l1(l2、l3)储能。电流流向：电源n→c1→m1(m2、m3)→l1(l2、l3)→电源l。电容c1、c2对负载r1提供能量。如图5所示模式4中，mos管m4(m5、m6)开通，电感l1(l2、l3)释放能量，电容c2储能。电流流向：电源n→c2→m4(m5、m6)→l1(l2、l3)→电源l。电容c1、c2对负载r1提供能量。

图6-图9为本发明实施例的单相桥式pfc模式的工作示意图，当汽车无线充电系统输入的外部电源为单相交流电源，电源输入端子1耦接单相交流电的l，电源输入端子2耦接单相交流电的n。

在输入电压为正半周期，即l为正电压、n为负电压，单相桥式pfc模式在模式1和模式2下交替工作。如图6所示模式1中，mos管m4、m5开通，电源对电感l1、l2储能。电流流向：电源l→l1→m4→m5→l2→电源n。电容c1、c2对负载r1提供能量。如图7所示模式2中，mos管m1、m5开通，电感l1、l2释放能量，电容c1、c2储能，同时为负载r1提供能量。电流流向：电源l→l1→m1→c1、c2或r1→m5→l2→电源n。

在输入电压为负半周期时，即l为负电压、n为正电压。单相桥式pfc模式在模式3和模式4下交替工作。如图8所示模式3中，mos管m4、m5开通，电源对电感l1、l2储能。电流流向：电源n→l2→m5→m4→l1→电源l。电容c1、c2对负载r1提供能量。如图9所示模式4中，mos管m2、m4开通，电感l1、l2释放能量，电容c1、c2储能，同时为负载r1提供能量。电流流向：电源n→l2→m2→c1、c2或r1→m4→l1→电源l。

图10-图13为本发明实施例的改进型单相桥式pfc模式的工作示意图，当汽车无线充电系统输入的外部电源为单相交流电源，电源输入端子1-2耦接单相交流电的l，电源输入端子3-4耦接单相交流电的n。

在输入电压为正半周期，即l为正电压、n为负电压，改进型单相桥式pfc模式在模式1和模式2下交替工作。如图10所示模式1中，mos管m5、m6、m7、m8开通，电源对电感l1、l2储能。电流流向：电源l→l1(l2)→m5(m6)→m7(m8)→l3(l4)→电源n。电容c1、c2对负载r1提供能量。如图11所示模式2中，mos管m1、m2、m7、m8开通，电感l1、l2释放能量，电容c1、c2储能，同时为负载r1提供能量。电流流向：电源l→l1(l2)→m1(m2)→c1、c2或r1→m7(m8)→l3(l4)→电源n。

在输入电压为负半周期时，即l为负电压、n为正电压。改进型单相桥式pfc模式在模式3和模式4下交替工作。如图12所示模式3中，mos管m5、m6、m7、m8开通，电源对电感l1、l2储能。电流流向：电源n→l3(l4)→m7(m8)→m5(m6)→l1(l2)→电源l。电容c1、c2对负载r1提供能量。如图13所示模式4中，mos管m3、m4、m5、m6开通，电感l1、l2释放能量，电容c1、c2储能，同时为负载r1提供能量。电流流向：电源n→l3(l4)→m3(m4)→c1、c2或r1→m5(m6)→l1(l2)→电源l。

在本实施例中，如图1所示的电路接入三相交流电源，三相充电功率为11kw，采用单相半桥pfc模式，适当对电感和电容参数调节，单相功率可达11kw。采用单相桥式pfc模式，不调整任何参数，单相功率3.3kw。对于改进型相桥式pfc模式，单相功率6.6kw。

需要说明的是，以上所述的mos管、电感、电容的型号和规格，可以根据实际情况进行选择。在三相交流电源输入和单相交流输入情况下，并根据不同产品和不同场景需求，对于电源输入端子的接线关系可以采用控制模块、开关、继电器或者手动等任一方式进行调整。dsp控制模块可以通过检测模块采集用于控制接线关系的开关动作，也可以采集输入端子的电流或者电压等电气参数信息，从而判断得到电源输入端子的接线关系。

通过上述实施例可以看出，本发明的一种基于兼容单相和三相交流输入的pfc电路的控制方法，通过对电源输入的连线关系和对开关管的控制，可实现单相输入和三相输入兼容。并且可提高单相充电功率和效率，具备良好的通用性，适合不同产品在不同的场景下应用。

以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发发明权利要求的保护范围内。