两级三相车载充电机变换拓扑结构的制作方法

两级三相车载充电机变换拓扑结构
【技术领域】
1.本实用新型涉及充电机，特别涉及一种两级三相车载充电机变换拓扑结构。


背景技术：

2.车载充电机是安装在电动汽车上，通过将电网系统的电能转换成车载储能电池所能接受的直流电，并给电池充电的装置。与传统工业级产品不同的是，车载充电机作为汽车级产品，它的要求更高，制作难度更大。由于车载充电机是工作在整车慢充模式下，故其设计的容量一般较小，功率等级一般在3
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7kw之间，一般在夜间的私人车库中使用，可在6
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8小时内将锂电池充满电。
3.传统充电机一般采用两级拓扑结构，前级ac
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dc变换器完成一定输入电压波形下的功率因数校正，以及为后级电路提供稳定可靠的直流母线电压。后级dc
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dc变换器的作用是匹配特定的输出电压范围，为车载储能设备提供相应充电电平值，同时起到隔离电网和充电设备以保障日常使用安全。
4.为获得更高的功率因数，通常在三相系统车载充电机中使用六开关管拓扑，其功率管数量较多而使得控制算法十分复杂，一方面会增加控制成本，而且会降低系统的稳定性。此外，在一定的功率密度指标要求下，随着变换器功率等级的不断提升，变压器体积也成了主要的限制因素。过大的变压器，会造成热点集中、难以散热的问题出现。虽然提高电路的工作频率对减少变压器体积有一定的帮助，但过高的工作频率对器件选型及电路稳定性的影响更大，因此其实际意义不大。


技术实现要素：

5.本实用新型旨在解决上述问题，而提供一种可解决变压器热点集中、难以散热、功率管数量多的两级三相车载充电机变换拓扑结构。
6.为解决上述问题，本实用新型提供了一种两级三相车载充电机变换拓扑结构，其特征在于，其包括有源功率因数校正电路和dc
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dc隔离变换器，所述dc
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dc隔离变换器的输入端与所述有源功率因数校正电路连接，所述dc
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dc隔离变换器包括第一变压器t1、第二变压器t2、第三变压器t3、原边电路和副边电路，所述原边电路与所述有源功率因数校正电路连接，所述第一变压器t1、第二变压器t2、第三变压器t3的原边线圈串联而与所述原边电路连接，所述第一变压器t1、第二变压器t2、第三变压器t3的副边线圈并联而与所述副边电路连接。
7.进一步地，所述原边电路包括开关管s1、s2、s3、s4和电感l0；
8.所述开关管s1、s3的漏极与开关管s2、s4的源极分别与所述有源功率因数校正电路的输出端连接；
9.所述开关管s1的源极与开关管s2的漏极连接，其共同连接点经电感l0而与第一变压器t1的原边线圈连接；
10.所述开关管s3的源极与开关管s4的漏极连接，其共同连接点与所述第三变压器t3
的原边线圈连接；
11.所述第二变压器t2的原边线圈连接于所述第一变压器t1的原边线圈与第二变压器t2的原边线圈之间。
12.进一步地，所述副边电路包括第一副边电路、第二副边电路和第三副边电路，所述第一副边电路与所述第一变压器t1的副边线圈连接，所述第二副边电路与所述第二变压器t2的副边线圈连接，所述第三副边电路与所述第三变压器t3的副边线圈连接。
13.进一步地，所述第一副边电路包括二极管d11、d12、d13、d14构成的整流桥和电感l1，
14.所述第二副边电路包括二极管d21、d22、d23、d24构成的整流桥和电感l2，
15.所述第三副边电路包括二极管d31、d32、d33、d34构成的整流桥和电感l3，
16.所述二极管d11的正极与二极管d12的负极连接，其共同连接点与所述第一变压器t1的副边线圈连接；所述二极管d13的正极与二极管d14的负极连接，其共同连接点与所述第一变压器t1的副边线圈的另一端连接；
17.所述二极管d21的正极与二极管d22的负极连接，其共同连接点与所述第二变压器t2的副边线圈连接；所述二极管d23的正极与二极管d24的负极连接，其共同连接点与所述第二变压器t2的副边线圈的另一端连接；
18.所述二极管d31的正极与二极管d32的负极连接，其共同连接点与所述第三变压器t3的副边线圈连接；所述二极管d33的正极与二极管d34的负极连接，其共同连接点与所述第三变压器t3的副边线圈的另一端连接；
19.所述二极管d11、d13的负极与电感l1的第一端连接；
20.所述二极管d21、d23的负极与电感l2的第一端连接；
21.所述二极管d31、d33的负极与电感l3的第一端连接；
22.所述电感l1、l2、l3的第二端共同连接；
23.所述二极管d12、d14的正极、二极管d22、d24的正极、二极管d32、d34的正极共同连接。
24.进一步地，所述第一副边电路还包括第一rcd吸收电路，所述第一rcd吸收电路包括二极管d15、电阻r11、电容c11，所述二极管d15的正极与所述电感l1的第一端连接，所述二极管d15的负极与电容c11、电阻r11的共同连接点连接，所述电容c11的另一端与所述二极管d12、d14的正极连接，所述电阻r11的另一端与所述电感l1的第二端连接；
25.所述第二副边电路还包括第二rcd吸收电路，所述第二rcd吸收电路包括二极管d25、电阻r21、电容c21，所述二极管d25的正极与所述电感l2的第一端连接，所述二极管d25的负极与电容c21、电阻r21的共同连接点连接，所述电容c21的另一端与所述二极管d22、d24的正极连接，所述电阻r21的另一端与所述电感l2的第二端连接；
26.所述第三副边电路还包括第三rcd吸收电路，所述第三rcd吸收电路包括二极管d35、电阻r31、电容c31，所述二极管d35的正极与所述电感l3的第一端连接，所述二极管d35的负极与电容c31、电阻r31的共同连接点连接，所述电容c31的另一端与所述二极管d32、d34的正极连接，所述电阻r31的另一端与所述电感l3的第二端连接。
27.进一步地，所述副边电路还包括输出滤波电容c1，其一端与所述电感l1、l2、l3的第二端连接，其另一端与所述二极管d12、d14、d22、d24、d32、d34的正极连接。
28.进一步地，所述有源功率因数校正电路包括滤波电感l11、l12、l13，滤波电容c11、c12、c13,pfc电感l21、l22、l23，二极管d41、d42、d51、d52、d61、d62、d71、d72、开关管s5、s6，电容c2、c3，平衡电阻r1、r2，
29.所述滤波电感l11、l12、l13的第一端分别与三相电的三相线连接，其第二端分别与所述pfc电感l21、l22、l23的第一端连接；
30.所述电感l21的第二端与串联的二极管d41、d42的共同连接点连接；所述电感l21的第二端与串联的二极管d51、d52的共同连接点连接；所述电感l31的第二端与串联的二极管d61、d62的共同连接点连接；
31.所述开关管s5、s6串联，其共同连接点与并接的滤波电容c11、c12、c13的共同连接点连接，所述滤波电容c11的另一端与滤波电感l11的第二端连接，所述滤波电容c12的另一端与滤波电感l12的第二端连接，所述滤波电容c13的另一端与滤波电感l13的第二端连接，
32.所述二极管d41、d51、d61的负极与开关管s5的漏极连接，其共同连接点与二极管d71的正极连接；
33.所述二极管d42、d52、d62的正极与开关管s6的源极连接，其共同连接点与二极管d81的负极连接；
34.所述电容c2、c3串联于二极管d71的负极、d81的正极之间，且所述电容c2、c3的共同连接点与所述开关管s5、s6的共同连接点连接；
35.所述平衡电阻r1并联于所述电容c2两端；
36.所述平衡电阻r2并联于所述电容c23两端。
37.本实用新型的有益贡献在于，其有效解决了上述问题。本实用新型的两级三相车载充电机变换拓扑结构包括有源功率因数校正电路和dc
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dc隔离变换器，其中，有源功率因数校正电路只设有两个功率开关管，其可大大减少开关管的数量和开关管的开关损耗，提升系统的工作效率和稳定性，并降低系统控制成本。所述dc
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dc隔离变换器将传统的大变压器设计成三个变压器，将其原边串联，副边并联，这样不仅可以降低变压器整体高度，解决热点集中、难以散热的问题，而且有助于降低原边线圈的电压应力和副边线圈的电流应力，特别适用于大输出电流的车载充电机。此外，副边设有rcd吸收电路，其可抑制变压器副边输出电压的振荡，让变换器更加安全稳定的运行。
【附图说明】
38.图1是apfc的电路结构。
39.图2是dc
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dc隔离变换器的电路结构。
【具体实施方式】
40.下列实施例是对本实用新型的进一步解释和补充，对本实用新型不构成任何限制。
41.本实用新型的两级三相车载充电机变换拓扑结构包括有源功率因数校正电路和dc
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dc隔离变换器。
42.所述有源功率因数校正电路为前级拓扑，其可为dc
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dc隔离变换器提供稳定的、幅值较大的直流母线输入电压，并防止充电机电流污染电网。
43.本实用新型的有源功率因数校正电路为两个开关管的结构设计，其适用于三相三线制输入形式的电源系统。所述有源功率因数校正电路包括滤波电感l11、l12、l13，滤波电容c11、c12、c13,pfc电感l21、l22、l23，二极管d41、d42、d51、d52、d61、d62、d71、d72、开关管s5、s6，电容c2、c3，平衡电阻r1、r2。
44.所述有源功率因数校正电路的连接结构如下：
45.如图1所示，所述滤波电感l11、l12、l13的第一端分别与三相电的三相线连接，其第二端分别与所述pfc电感l21、l22、l23的第一端连接；
46.所述电感l21的第二端与串联的二极管d41、d42的共同连接点连接；所述电感l21的第二端与串联的二极管d51、d52的共同连接点连接；所述电感l31的第二端与串联的二极管d61、d62的共同连接点连接；
47.所述开关管s5、s6串联，其共同连接点与并接的滤波电容c11、c12、c13的共同连接点连接，所述滤波电容c11的另一端与滤波电感l11的第二端连接，所述滤波电容c12的另一端与滤波电感l12的第二端连接，所述滤波电容c13的另一端与滤波电感l13的第二端连接，
48.所述二极管d41、d51、d61的负极与开关管s5的漏极连接，其共同连接点与二极管d71的正极连接；
49.所述二极管d42、d52、d62的正极与开关管s6的源极连接，其共同连接点与二极管d81的负极连接；
50.所述电容c2、c3串联于二极管d71的负极、d81的正极之间，且所述电容c2、c3的共同连接点与所述开关管s5、s6的共同连接点连接；
51.所述平衡电阻r1并联于所述电容c2两端；
52.所述平衡电阻r2并联于所述电容c23两端。
53.所述有源功率因数校正电路中，三个滤波电感l11、l12、l13和三个滤波电容c11、c12、c13构成输入滤波器。滤波电容c11、c12、c13并联，其构成的等效零点n与三相电输入系统的中点o，在理想条件下是等电位。pfc校正部分主要由三个pfc电感l21、l22、l23，三相不控整流桥d41、d42、d51、d52、d61、d62、d71、d72和桥臂功率开关管s5、s6构成。桥臂功率开关管s5、s6的中点与等效零点n连接，电路便可为pfc电感l21、l22、l23的电流提供能量回流路径和滤波通道。串联电容c1、c2分别并联平衡电阻r1、r2，可使上下半桥作用于电容c1、c2的输出电压相等。由于上下半桥相互独立，形成了部分解耦的基础，并且开关管s5、s6承受的电压只有输出电压的一半，因此可降低对功率开关管的选型要求。此外，由于三相输入系统自然滤除3次及其奇数倍次谐波的特性，为变换器带来极高的功率因数和很低的电流总谐波失真度。本实用新型的前级电路中只有2个功率开关管，其大大减少了功率开关管的数量，可降低控制成本，并增加系统的稳定性。
54.如图2所示，所述dc
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dc隔离变换器包括第一变压器t1、第二变压器t2、第三变压器t3、原边电路和副边电路。
55.所述原边电路与所述有源功率因数校正电路的输出端连接。所述第一变压器t1、第二变压器t2、第三变压器t3的原边线圈串联而与所述原边电路连接，所述第一变压器t1、第二变压器t2、第三变压器t3的副边线圈并联而与所述副边电路连接。
56.所述原边电路包括开关管s1、s2、s3、s4、电感l0，其电路结构如下：
57.所述开关管s1、s3的漏极与开关管s2、s4的源极分别与所述有源功率因数校正电
路的输出端连接，即电阻r1、r2的两端；
58.所述开关管s1的源极与开关管s2的漏极连接，其共同连接点经电感l0而与第一变压器t1的原边线圈连接；
59.所述开关管s3的源极与开关管s4的漏极连接，其共同连接点与所述第三变压器t3的原边线圈连接；
60.所述第二变压器t2的原边线圈连接于所述第一变压器t1的原边线圈与第二变压器t2的原边线圈之间。
61.所述副边电路包括第一副边电路、第二副边电路和第三副边电路，所述第一副边电路与所述第一变压器t1的副边线圈连接，所述第二副边电路与所述第二变压器t2的副边线圈连接，所述第三副边电路与所述第三变压器t3的副边线圈连接。
62.所述第一副边电路、第二副边电路、第三副边电路分别包括一整流桥电路和一rcd吸收电路。
63.如图2所示，所述第一副边电路包括二极管d11、d12、d13、d14、d15、电感l1、电阻r11、电容c11。其中，二极管d11、d12、d13、d14构成第一整流桥，二极管d15、电阻r11、电容c11构成第一rcd吸收电路。
64.如图2所示，所述第二副边电路包括二极管d21、d22、d23、d24、d25、电感l2、电阻r21、电容c21。其中，二极管d21、d22、d23、d24构成第二整流桥，二极管d25、电阻r21、电容c21构成第二rcd吸收电路。
65.如图2所示，所述第三副边电路包括二极管d31、d32、d33、d34、d35、电感l3、电阻r31、电容c31。其中，二极管d31、d32、d33、d34构成第三整流桥，二极管d35、电阻r31、电容c31构成第三rcd吸收电路。
66.如图2所示，所述副边电路的具体结构如下：
67.所述二极管d11的正极与二极管d12的负极连接，其共同连接点与所述第一变压器t1的副边线圈连接；所述二极管d13的正极与二极管d14的负极连接，其共同连接点与所述第一变压器t1的副边线圈的另一端连接；
68.所述二极管d21的正极与二极管d22的负极连接，其共同连接点与所述第二变压器t2的副边线圈连接；所述二极管d23的正极与二极管d24的负极连接，其共同连接点与所述第二变压器t2的副边线圈的另一端连接；
69.所述二极管d31的正极与二极管d32的负极连接，其共同连接点与所述第三变压器t3的副边线圈连接；所述二极管d33的正极与二极管d34的负极连接，其共同连接点与所述第三变压器t3的副边线圈的另一端连接；
70.所述二极管d11、d13的负极与电感l1的第一端连接；
71.所述二极管d21、d23的负极与电感l2的第一端连接；
72.所述二极管d31、d33的负极与电感l3的第一端连接；
73.所述电感l1、l2、l3的第二端共同连接；
74.所述二极管d12、d14的正极、二极管d22、d24的正极、二极管d32、d34的正极共同连接；
75.所述二极管d15的正极与所述电感l1的第一端连接，所述二极管d15的负极与电容c11、电阻r11的共同连接点连接，所述电容c11的另一端与所述二极管d12、d14的正极，所述
电阻r11的另一端与所述电感l1的第二端连接；
76.所述二极管d25的正极与所述电感l2的第一端连接，所述二极管d25的负极与电容c21、电阻r21的共同连接点连接，所述电容c21的另一端与所述二极管d22、d24的正极，所述电阻r21的另一端与所述电感l2的第二端连接；
77.所述二极管d35的正极与所述电感l3的第一端连接，所述二极管d35的负极与电容c31、电阻r31的共同连接点连接，所述电容c31的另一端与所述二极管d32、d34的正极，所述电阻r31的另一端与所述电感l3的第二端连接；
78.所述第一rcd吸收电路、第二rcd吸收电路、第三rcd吸收电路的工作原理为：当变压器副边振荡电压高于一定值时，二极管d15、d25、d35正向导通，吸收电容c11、c21、c31开始吸收振荡电压而进行钳位。于此同时，吸收电路不断的通过电阻r11、r21、r31进行放电，维持电容的电荷平衡。当rcd吸收电路工作在稳态状态时，吸收电容c11、c21、c31上的电压和能量是维持平衡的，即吸收电容c11、c21、c31钳位时上升的电压，均可在另一振荡电压来临前，放电至原值。
79.此外，副边输出设有输出滤波电容c1,其一端与所述电感l1、l2、l3的第二端连接，其另一端与所述二极管d12、d14、d22、d24、d32、d34的正极连接。
80.本实用新型中，所述dc
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dc隔离变换器设有3个变压器t1、t2、t3，其原边线圈串联，副边线圈并联，三路输出整流桥二极管d11、d12、d13、d14,d21、d22、d23、d24和d31、d32、d33、d34,输出滤波电感l1、l2、l3共同构成了移相全桥隔离调压电路，其可实现三路功率均衡和均流，分散热点。此外，其可保障电器隔离，增加系统安全。副边三路输出分别添加了rcd吸收电路——第一rcd吸收电路、第二rcd吸收电路、第三rcd吸收电路，其可抑制变压器副边输出电压的振荡，让变换器更加安全稳定的运行。
81.尽管通过以上实施例对本实用新型进行了揭示，但是本实用新型的范围并不局限于此，在不偏离本实用新型构思的条件下，以上各构件可用所属技术领域人员了解的相似或等同元件来替换。