一种碳化硅电源充电控制系统、方法、介质、设备及应用与流程

[0001]
本发明属于电源充电技术领域，尤其涉及一种碳化硅电源充电控制系统、方法、介质、设备及应用。


背景技术：

[0002]
目前：随着科技的进步，对电动车的电池续航和瞬态电流的能力要求则越来越高，因此，配套的大容量电池组成为当前乃至日后的必然发展方向。传统充电电源中，采用并联多模组扩容的方式提高系统带负载能力，并且，当需要提高电池充电速度时，则需要更大功率的充电桩配套，使得提高充电电压仍受制于电池组的设计。因此，如何提高充电电源的可靠性的同时提高效率、减小充电电源体积，成了整个汽车行业亟待解决的问题。
[0003]
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：如何提高充电电源的可靠性的同时提高效率、减小充电电源体积。


技术实现要素：

[0004]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种碳化硅电源充电控制系统、方法、介质、设备及应用。
[0005]
本发明是这样实现的，一种碳化硅电源充电控制系统，所述碳化硅电源充电控制系统包括：
[0006]
三相整流电路，用于对电磁干扰滤波处理后得到的交流电压进行三相整流处理，得到三相整流后交流电压，将三相整流后交流电压发送至单路全桥llc 电路；
[0007]
单路全桥llc电路，与三相整流电路电性连接，用于对三相整流后交流电压进行单路全桥逻辑链路控制处理，得到高压直流电压，再将高压直流电压发送至全桥整流电路；
[0008]
全桥整流电路，与单路全桥llc电路电性连接，用于对高压直流电压进行全桥整流处理后，得到目标输出电压。
[0009]
进一步，所述三相整流电路由m个碳化硅晶体管构成的电路，单路全桥llc 电路由n个碳化硅晶体管、k个电容以及单个隔离变压器构成的电路，全桥整流电路由p个碳化硅晶体管、q个电容构成的电路；其中，m、n、k、p、q均为正整数。
[0010]
进一步，所述三相整流电路由6个碳化硅晶体管构成的电路，其中6个碳化硅晶体管分别为q1 sic mos、q2 sic mos、q3 sic mos、q12 sic mos、 q13 sic mos以及q14 sic mos；
[0011]
所述单路全桥llc电路由4个碳化硅晶体管、2个电容以及1个隔离变压器构成的电路，其中4个碳化硅晶体管分别为q4 sic mos、q5 sic mos、q10 sic mos、q11 sic mos，2个电容分别为c2和c4，1个隔离变压器为隔离变压器；
[0012]
所述全桥整流电路由4个碳化硅晶体管和2个电容构成的电路，其中4个碳化硅晶体管分别为q6 sic mos、q7 sic mos、q8 sic mos、q9 sic mos， 2个电容分别为c1和c5；
[0013]
所述mos为碳化硅金氧半场效晶体管mosfet；
[0014]
所述m个碳化硅晶体管均为800v碳化硅mosfet，n个碳化硅晶体管均为1200v碳化硅mosfet，p个碳化硅晶体管均为1600v碳化硅mosfet，m 的取值为6，n的取值为4，p的取值为4；
[0015]
三相整流电路输出的参考地为k个串联电容的参考地，k的取值为2。
[0016]
进一步，所述碳化硅电源充电控制系统还包括emi滤波器，emi滤波器的输出端与三相整流电路的输入端电性连接，且emi滤波器用于对初始三相交流电压进行电磁干扰滤波处理，并将电磁干扰滤波处理后得到的交流电压输入至三相整流电路；
[0017]
三相整流电路的三个输入端分别连接有电源开关，电源开关用于将对应线路上的电压进行通断控制；隔离变压器副边侧采用全桥耐高压碳化硅mosft。
[0018]
进一步，所述碳化硅电源充电控制系统采用多模块并联的方式，将三相整流电路、单路全桥llc电路以及全桥整流电路进行并联连接。
[0019]
进一步，所述三相整流电路的三个输入侧控制相位完全相同；
[0020]
所述三相整流电路为三相维也纳电路；
[0021]
所述三相维也纳电路输出参考地为两个串联电容的参考地。
[0022]
本发明的另一目的在于提供一种实施所述碳化硅电源充电控制系统的碳化硅电源充电控制方法，所述碳化硅电源充电控制方法包括：初始三相交流电压首先进入emi滤波器中进行电磁干扰滤波处理，得到电磁干扰滤波处理后得到的交流电压，并将电磁干扰滤波处理后得到的交流电压输入至三相整流电路，三相整流电路再进一步对电磁干扰滤波处理后得到的交流电压进行三相整流处理，得到三相整流后交流电压，然后将三相整流后交流电压发送至单路全桥llc 电路，单路全桥llc电路再进一步对三相整流后交流电压进行单路全桥逻辑链路控制处理，得到高压直流电压，再将高压直流电压发送至全桥整流电路，全桥整流电路对高压直流电压进行全桥整流处理后，得到目标输出电压。
[0023]
本发明的另一目的在于提供一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：初始三相交流电压首先进入emi滤波器中进行电磁干扰滤波处理，得到电磁干扰滤波处理后得到的交流电压，并将电磁干扰滤波处理后得到的交流电压输入至三相整流电路，三相整流电路再进一步对电磁干扰滤波处理后得到的交流电压进行三相整流处理，得到三相整流后交流电压，然后将三相整流后交流电压发送至单路全桥llc电路，单路全桥llc 电路再进一步对三相整流后交流电压进行单路全桥逻辑链路控制处理，得到高压直流电压，再将高压直流电压发送至全桥整流电路，全桥整流电路对高压直流电压进行全桥整流处理后，得到目标输出电压。
[0024]
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，使得所述处理器执行如下步骤：初始三相交流电压首先进入emi滤波器中进行电磁干扰滤波处理，得到电磁干扰滤波处理后得到的交流电压，并将电磁干扰滤波处理后得到的交流电压输入至三相整流电路，三相整流电路再进一步对电磁干扰滤波处理后得到的交流电压进行三相整流处理，得到三相整流后交流电压，然后将三相整流后交流电压发送至单路全桥llc电路，单路全桥llc电路再进一步对三相整流后交流电压进行单路全桥逻辑链路控制处理，得到高压直流电压，再将高压直流电压发送至全桥整流电路，全桥整流电路对高压直流电压进行全桥整流处理后，得到目标输出电压。
[0025]
本发明的另一目的在于提供一种电动汽车，所述电动汽车安装有所述碳化硅电源充电控制系统。
[0026]
结合上述的所有技术方案，本发明所具备的优点及积极效果为：本发明包括：三相整流电路、单路全桥llc电路、全桥整流电路，所述三相整流电路依次与所述单路全桥llc电路和所述全桥整流电路电性连接；初始三相交流电压依次经过所述三相整流电路、所述单路全桥llc电路以及所述全桥整流电路后，得到目标输出电压。也就是说，当电网将初始三相交流电压输进所述碳化硅电源充电系统中时，初始三相交流电压在三相整流电路、单路全桥llc电路、全桥整流电路的作用下，能够快速将初始三相交流电压转换为目标输出电压，以此实现将380v三相交流电压输进所述碳化硅电源充电系统中后，能够实现输出电压在1100v、输出电流在40a且与使用硅器件的传统碳化硅sic充电电源相比在效率上提高了3％-5％％效率的目的，开关速度快，导通损耗小，设计产品的体积更小，从而大大降低了电池成本。
[0027]
本发明针对传统充电电源中存在的充电难题，提供一种碳化硅电源充电系统，以提供一种高可靠性、高效率且小体积的充电电源来解决汽车行业的充电难题。
附图说明
[0028]
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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。
[0029]
图1是本发明实施例提供的碳化硅电源充电控制方法流程图。
[0030]
图2是本发明实施例提供的碳化硅电源充电控制系统的结构示意图；
[0031]
图2中：1、三相整流电路；2、单路全桥llc电路；3、全桥整流电路。
[0032]
图3是本发明实施例提供的碳化硅电源充电控制系统的原理示意图；
具体实施方式
[0033]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
[0034]
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种碳化硅电源充电控制系统、方法、介质、设备及应用，下面结合附图对本发明作详细的描述。
[0035]
如图1所示，本发明提供的碳化硅电源充电控制方法包括以下步骤：
[0036]
s101：电网将初始三相交流电压输进碳化硅电源充电系统；
[0037]
s102：初始三相交流电压在三相整流电路、单路全桥llc电路、全桥整流电路，将初始三相交流电压转换为目标输出电压。
[0038]
本发明提供的碳化硅电源充电控制方法业内的普通技术人员还可以采用其他的步骤实施，图1的本发明提供的碳化硅电源充电控制方法仅仅是一个具体实施例而已。
[0039]
如图2所示，本发明提供的碳化硅电源充电控制系统包括：
[0040]
三相整流电路1，用于对电磁干扰滤波处理后得到的交流电压进行三相整流处理，
得到三相整流后交流电压，将三相整流后交流电压发送至单路全桥llc 电路2；
[0041]
单路全桥llc电路2，与三相整流电路1电性连接，用于对三相整流后交流电压进行单路全桥逻辑链路控制处理，得到高压直流电压，再将高压直流电压发送至全桥整流电路3；
[0042]
全桥整流电路3，与单路全桥llc电路2电性连接，用于对高压直流电压进行全桥整流处理后，得到目标输出电压。
[0043]
下面结合附图对本发明的技术方案作进一步的描述。
[0044]
碳化硅mosfet：可以为碳化硅金氧半场效晶体管 (metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor，mosfet)，在sic mosfet 的开发与应用方面，与相同功率等级的si mosfet相比，sic mosfet的导通电阻、开关损耗大幅降低，适用于更高的工作频率，另由于其高温工作特性，大大提高了高温稳定性。电磁干扰(electromagnetic interferenc，emi)滤波器：又称为电磁干扰滤波器、电网滤波器、电网噪声滤波器等等，或统称为emi滤波器；电源emi滤波器，是一种低通滤波器，把直流、50hz或400hz的电源功率毫无衰减地传输到设备上，大大衰减经电源传入的emi信号，保护设备免受其害；同时，又能有效地控制设备本身产生的emi信号，防止它进入电网，污染电磁环境，危害其他设备；电源emi滤波器是帮助电磁设备和系统满足有关电磁兼容性标准，如iec、fcc、vde、mil-std-461、gb9254和gb6833等电磁兼容标准，不可缺少的器件。整流电路：整流电路(rectifying circuit)是把交流电能转换为直流电能的电路。大多数整流电路由变压器、整流主电路和滤波器等组成。它在直流电动机的调速、发电机的励磁调节、电解、电镀等领域得到广泛应用。20世纪70年代以后，主电路多用硅整流二极管和晶闸管组成。滤波器接在主电路与负载之间，用于滤除脉动直流电压中的交流成分。变压器设置与否视具体情况而定。变压器的作用是实现交流输入电压与直流输出电压间的匹配以及交流电网与整流电路之间的电隔离。整流电路的作用是将交流降压电路输出的电压较低的交流电转换成单向脉动性直流电，这就是交流电的整流过程，整流电路主要由整流二极管组成。经过整流电路之后的电压已经不是交流电压，而是一种含有直流电压和交流电压的混合电压。习惯上称单向脉动性直流电压。
[0045]
如图2所示，本发明的碳化硅电源充电系统包括：三相整流电路1、单路全桥llc电路2、全桥整流电路3，三相整流电路1可以依次与单路全桥llc电路2和全桥整流电路3电性连接；初始三相交流电压依次经过三相整流电路1、单路全桥llc电路2以及全桥整流电路3后，得到目标输出电压。
[0046]
本发明实施例中，三相整流电路1可以是由m个碳化硅晶体管构成的电路，单路全桥llc电路2可以是由n个碳化硅晶体管、k个电容以及单个隔离变压器构成的电路，全桥整流电路3可以是由p个碳化硅晶体管、q个电容构成的电路；其中，m、n、k、p、q均为正整数。
[0047]
如图3所示的碳化硅电源充电系统的电路图，在图3中，三相整流电路1可以是由6个碳化硅晶体管构成的电路，其中6个碳化硅晶体管可以分别为图3中的 q1 sic mos、q2 sic mos、q3 sic mos、q12 sic mos、q13 sic mos以及 q14 sic mos。
[0048]
在图3中，单路全桥llc电路2可以是由4个碳化硅晶体管、2个电容以及1个隔离变压器构成的电路，其中4个碳化硅晶体管可以分别为图3中的q4 sic mos、q5 sic mos、q10 sic mos、q11 sic mos，2个电容可以分别为图 3中的c2和c4，1个隔离变压器可以为图3中
的隔离变压器。
[0049]
在图3中，全桥整流电路3可以是由4个碳化硅晶体管和2个电容构成的电路，其中4个碳化硅晶体管可以分别为图3中的q6 sic mos、q7 sic mos、 q8 sic mos、q9 sic mos，2个电容可以分别为图3中的c1和c5。
[0050]
mos可以为碳化硅金氧半场效晶体管(metal-oxide-semiconductorfield-effect transistor，mosfet)。
[0051]
本发明实施例中，m个碳化硅晶体管可以均为800v碳化硅mosfet，n个碳化硅晶体管可以均为1200v碳化硅mosfet，p个碳化硅晶体管可以均为1600v碳化硅mosfet。m的取值可以为6，n的取值可以为4，p的取值可以为4。
[0052]
本发明实施例中，三相整流电路1输出的参考地可以为k个串联电容的参考地。k的取值可以为2。
[0053]
本发明实施例中，碳化硅电源充电系统还可以包括emi滤波器，emi滤波器的输出端可以与三相整流电路1的输入端电性连接，且emi滤波器可以用于对初始三相交流电压进行电磁干扰滤波处理，并将电磁干扰滤波处理后得到的交流电压输入至所述三相整流电路1。
[0054]
本发明实施例中，三相整流电路的1三个输入端可以分别连接有电源开关，电源开关可以用于将对应线路上的电压进行通断控制。
[0055]
需要说明的是，由于电源开关的高速开关动作以及三相整流电路的反向恢复电流产生了较高的di/dt和du/dt，它们通过金属导线或其他元件，以及电容电感耦合，产生电磁干扰。这些扰动不仅会注入电网，还会影响同一电网中其他用电设备的正常工作。因此，本发明实施例中的碳化硅电源充电系统采用三相供电，需要在电源开关和三相整流电路1之间插入emi滤波模块来衰减两者间的干扰。
[0056]
本发明实施例中，隔离变压器副边侧可以采用全桥耐高压碳化硅mosft。
[0057]
本发明实施例中，碳化硅电源充电系统可以采用多模块并联的方式，将三相整流电路1、单路全桥llc电路2以及全桥整流电路3进行并联连接。
[0058]
本发明实施例中，三相整流电路1的三个输入侧控制相位可以完全相同。
[0059]
可选的，由于三相整流电路1的三个输入侧控制相位完全相同，避免了传统模式两路相位差异、以及相互干扰。
[0060]
本发明实施例中，三相整流电路1可以为三相维也纳电路。
[0061]
可选的，三相维也纳电路输出参考地可以为两个串联电容的参考地。
[0062]
示例性的，初始三相交流电压首先进入emi滤波器中进行电磁干扰滤波处理，得到电磁干扰滤波处理后得到的交流电压，并将电磁干扰滤波处理后得到的交流电压输入至三相整流电路1，三相整流电路1再进一步对电磁干扰滤波处理后得到的交流电压进行三相整流处理，得到三相整流后交流电压，然后将三相整流后交流电压发送至单路全桥llc电路2，单路全桥llc电路2再进一步对三相整流后交流电压进行单路全桥逻辑链路控制处理，得到高压直流电压，再将高压直流电压发送至全桥整流电路，全桥整流电路对高压直流电压进行全桥整流处理后，得到目标输出电压。以此实现将380v三相交流电压处理为1100v 的输出电压和40a的输出电流的目的。
[0063]
需要说明的是，本发明实施例所提供的碳化硅电源充电系统，在设计方面全部采
用sic作为功率器件，采用高可靠的sic驱动线路，提高产品的可靠性同时功率密度更大，效率更高，产品体积更小，并且整个设计充分利用了碳化硅mosfet的耐高温、高压承受能力是普通硅管的2到3倍的特点，承受浪涌电压能力更强，结电容小，开关速度快，导通损耗小，设计产品的体积更小。
[0064]
本发明实施例所提供的碳化硅电源充电系统的整个设计全部采用碳化硅器件作为功率器件，使用sic代替si，不但其通态比电阻会大大降低，动态损耗也会大大降低；并且，碳化硅电源充电系统能够优化电路，也即采用单路全桥输出替代双路全桥llc电路，节省设计成本，降低设计难度和控制逻辑；隔离变压器副边侧采用全桥耐高压sic mosft替代传统的si二极管，导通压降更小，效率更高；碳化硅电源充电系统的输出电压高，传统的充电桩峰值输出电压最大为750v，甚至更低，本发明提出的充电电压最高在1100v、输出电流40a，在输出电流不变的情况下，充电时间大大缩减；碳化硅电源充电系统的整个电源体积小，采用多模块并联，能够提供更大的功率。
[0065]
此外，本发明实施例所提供的碳化硅电源充电系统，异于使用硅器件的传统sic充电电源的做法，首先，碳化硅电源充电系统中的所有器件全部采用碳化硅器件，第二，全桥llc电路采用单路全桥控制方法实现，而传统sic充电电源采用两路llc并联实现。由于单路全桥llc电路采用了1200v碳化硅器件相比传统600v器件耐压高很多，三相整流电路的输出电压最高达到800v，传统sic充电电源的硅半导体器件无法实现这么高的耐压，而sic半导体可以轻松满足设计要求，如图3所示的1200v碳化硅全桥llc电路。第三，隔离变压器副边侧的全桥整流电路全部采用1600v碳化硅mosfet构成的全桥整理电路，降低了二极管整理电路导通损耗，开关损耗，提高了整机效率，大大发挥碳化硅器件的优势，更高耐压，更高的耐温和更小的结电容，使得开关速度更快，节省了成本，提高了可靠性。因此，碳化硅电源充电系统中省去了两路并联倍流的做法。
[0066]
本发明实施例所提供的碳化硅电源充电系统，涉及电源充电技术领域，包括：三相整流电路、单路全桥llc电路、全桥整流电路，所述三相整流电路依次与所述单路全桥llc电路和所述全桥整流电路电性连接；初始三相交流电压依次经过所述三相整流电路、所述单路全桥llc电路以及所述全桥整流电路后，得到目标输出电压。也就是说，当电网将初始三相交流电压输进所述碳化硅电源充电系统中时，初始三相交流电压在三相整流电路、单路全桥llc电路、全桥整流电路的作用下，能够快速将初始三相交流电压转换为目标输出电压，以此实现将380v三相交流电压输进所述碳化硅电源充电系统中后，能够实现输出电压在1100v、输出电流在40a且与使用硅器件的传统sic充电电源相比在效率上提高了3％-5％％效率的目的，开关速度快，导通损耗小，设计产品的体积更小，从而大大降低了电池成本。
[0067]
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。
[0068]
作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的
部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
[0069]
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。
[0070]
上述以软件功能单元的形式实现的集成的单元，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。上述软件功能单元存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)或处理器(英文：processor)执行本发明各个实施例方法的部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(英文：read-only memory，简称： rom)、随机存取存储器(英文：random access memory，简称：ram)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0071]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，都应涵盖在本发明的保护范围之内。