單級pfc變換器和具有其的電動汽車的充電裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及電源技術領域，特別涉及一種單級PFC(Power Factor Correction，功 率因數校正)變換器以及具有其的電動汽車的充電裝置。
【背景技術】
[0002] 電動汽車的充電裝置無論是車載充電機還是直流充電粧，其電路拓撲結構中都離 不開PFC電路。PFC電路是交流電轉換為直流電的重要環(huán)節(jié)，不僅可以保證電源在開關轉換 時不對電網質量產生影響，而且可以減小電流諧波畸變以及電源工作時產生的無功功率。
[0003] 相關技術中，充電裝置的電路拓撲結構為PFC電路和DC/DC變換器的串聯(lián)結構，該 結構的穩(wěn)定性和精度均比較高，但是使用的元器件多、控制電路復雜，且兩級串聯(lián)產生的損 耗多。
[0004] 因此，需要對充電裝置的電路拓撲結構進行改進。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明旨在至少在一定程度上解決相關技術中的技術問題之一。為此，本發(fā)明的 一個目的在于提出一種單級PFC變換器，能夠實現功率因數校正功能和對高低壓電路之間 的電氣隔離，而且體積小、工作效率高。
[0006] 本發(fā)明的另一個目的在于提出一種電動汽車的充電裝置。
[0007] 為實現上述目的，本發(fā)明一方面實施例提出了一種單級PFC變換器，包括:第一整 流橋，所述第一整流橋的第一輸入端和第二輸入端分別與輸入電源相連;PFC全橋電路，所 述PFC全橋電路的第一輸入端與所述第一整流橋的第一輸出端相連，所述PFC全橋電路的第 二輸入端與所述第一整流橋的第二輸出端相連，所述PFC全橋電路包括第一至第四開關器 件，所述第一至第四開關器件構成全橋橋臂且具有第一節(jié)點和第二節(jié)點；高頻變壓器，所述 高頻變壓器的初級繞組的一端通過所述高頻變壓器的漏感與所述第一節(jié)點相連，所述高頻 變壓器的初級繞組的另一端與所述第二節(jié)點相連;整流濾波電路，所述整流濾波電路的第 一輸入端與所述高頻電壓器的次級繞組的一端相連，所述整流濾波電路的第二輸入端與所 述高頻電壓器的次級繞組的另一端相連;控制單元，所述控制單元通過對所述第一至第四 開關器件進行控制以使所述單級PFC變換器實現功率因數校正與DC/DC隔離變換。
[0008] 本發(fā)明實施例的單極PFC變換器，通過控制PFC全橋電路中的第一至第四開關器件 的開通時序，實現功率因數校正和DC/DC隔離變換。在該變換器中，由于使用的磁性元器件 和電解電容比較少，因此可以有效減少變換器的體積，同時采用高頻變壓器可以實現高低 壓電路之間的電氣隔離，而且高頻變壓器雙端勵磁，磁芯的利用率高，提高了變換器的工作 效率。
[0009] 根據本發(fā)明的一個實施例，第一開關器件的第一端通過PFC電感與所述第一整流 橋的第一輸出端相連，所述第一開關器件的第二端與第二開關器件的第一端相連，所述第 一開關器件的第二端與第二開關器件的第一端之間的節(jié)點為所述第一節(jié)點，所述第二開關 器件的第二端與所述第一整流橋的第二輸出端相連，第三開關器件的第一端與所述第一開 關器件的第一端相連，所述第三開關器件的第二端與第四開關器件的第一端相連，所述第 三開關器件的第二端與第四開關器件的第一端之間的節(jié)點為所述第二節(jié)點，所述第四開關 器件的第二端與所述第二開關器件的第二端相連相連，所述第一至第四開關器件的控制端 分別與所述控制單元相連。
[0010] 根據本發(fā)明的一個實施例，所述第一開關器件和第二開關器件構成第一橋臂，所 述第三開關器件和第四開關器件構成第二橋臂。
[0011] 根據本發(fā)明的一個實施例，所述PFC全橋電路的工作狀態(tài)包括上下橋臂直通工作 狀態(tài)和對橋臂導通工作狀態(tài)，其中，所述控制單元通過控制所述第一開關器件和第二開關 器件同時開通或控制所述第三開關器件和第四開關器件同時開通以使所述PFC全橋電路以 所述上下橋臂直通工作狀態(tài)進行工作，所述控制單元通過控制所述第一開關器件和第四開 關器件同時開通或控制所述第二開關器件和第三開關器件同時開通以使所述PFC全橋電路 以所述對橋臂導通工作狀態(tài)進行工作。
[0012]根據本發(fā)明的一個實施例，上述的單級PFC變換器，還包括箝位電路，所述箝位電 路與所述第一橋臂并聯(lián)，所述箝位電路用于對所述第一橋臂兩端的電壓尖峰進行抑制。
[0013] 根據本發(fā)明的一個實施例，所述箝位電路包括箝位開關管和箝位電容，所述箝位 開關管和箝位電容串聯(lián)后與所述第一橋臂并聯(lián)，所述箝位開關管和箝位電容之間具有第三 節(jié)點。
[0014] 根據本發(fā)明的一個實施例，所述控制單元在所述第一開關器件和所述第三開關器 件的工作時序中添加死區(qū)時間，并通過調整所述死區(qū)時間以消除所述高頻變壓器的偏磁。
[0015] 根據本發(fā)明的一個實施例，上述的單級PFC變換器，還包括預充電電路，所述預充 電電路連接在所述第三節(jié)點與所述PFC全橋電路的第一輸入端之間，所述預充電電路用于 抑制PFC電感在所述單級PFC變換器啟動過程中產生的過流。
[0016] 根據本發(fā)明的一個實施例，所述預充電電路包括預充二極管和預充電阻，所述預 充二極管的陽極與所述PFC全橋電路的第一輸入端相連，所述預充二極管的陰極與所述預 充電阻的一端相連，所述預充電阻的另一端與所述第三節(jié)點相連。
[0017] 為實現上述目的，本發(fā)明另一方面實施例提出了一種電動汽車的充電裝置，其包 括上述的單級PFC變換器。
[0018] 本發(fā)明實施例的電動汽車的充電裝置，通過上述的單極PFC變換器，不僅能夠實現 功率因數校正功能和對高低壓電路之間的電氣隔離，而且體積小、工作效率高。
【附圖說明】
[0019] 圖1是根據本發(fā)明一個實施例的單極PFC變換器的電路拓撲結構。
[0020] 圖2是根據本發(fā)明一個實施例的單極PFC變換器的工作波形圖。
[0021 ]圖3是根據本發(fā)明一個實施例的具有鉗位電路的單極PFC變換器的電路拓撲結構。
[0022] 圖4是根據本發(fā)明一個實施例的具有鉗位電路的單極PFC變換器的工作波形圖。
[0023] 圖5是根據本發(fā)明一個實施例的增加死區(qū)時間后的單極PFC變換器的工作波形圖。
[0024] 圖6是根據本發(fā)明一個實施例的具有預充電路的單極PFC變換器的電路拓撲結構。
【具體實施方式】
[0025] 下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發(fā)明，而不能理解為對本發(fā)明的限制。
[0026] 下面結合附圖描述本發(fā)明實施例的單級PFC變換器和具有其的電動汽車的充電裝 置。
[0027] 圖1是根據本發(fā)明一個實施例的單極PFC變換器的電路拓撲結構。如圖1所示，該單 極PFC變換器包括:第一整流橋10、PFC全橋電路20、高頻變壓器TF、整流濾波電路30和控制 單元(圖中未具體示出）。
[0028] 其中，第一整流橋10的第一輸入端和第二輸入端分別與輸入電源Uin相連。PFC全橋 電路20的第一輸入端與第一整流橋10的第一輸出端相連，PFC全橋電路20的第二輸入端與 第一整流橋10的第二輸出端相連，PFC全橋電路20包括第一至第四開關器件，第一至第四開 關器件構成全橋橋臂且具有第一節(jié)點Jl和第二節(jié)點J2。高頻變壓器TF的初級繞組的一端通 過高頻變壓器的漏感Lk與第一節(jié)點Jl相連，高頻變壓器TF的初級繞組的另一端與第二節(jié)點 J2相連。整流濾波電路30的第一輸入端與高頻電壓器TF的次級繞組的一端相連，整流濾波 電路30的第二輸入端與高頻電壓器TF的次級繞組的另一端相連。控制單元通過對第一至第 四開關器件進行控制以使單級PFC變換器實現功率因數校正與DC/DC隔離變換。
[0029] 如圖1所不，第一開關器件Ql的第一端通過PFC電感Lin與第一整流橋10的第一輸 出端相連，第一開關器件Ql的第二端與第二開關器件Q2的第一端相連，第一開關器件Ql的 第二端與第二開關器件Q2的第一端之間的節(jié)點為第一節(jié)點Jl，第二開關器件Q2的第二端與 第一整流橋10的第二輸出端相連，第三開關器件Q3的第一端與第一開關器件Ql的第一端相 連，第三開關器件Q3的第二端與第四開關器件Q4的第一端相連，第三開關器件Q3的第二端 與第四開關器件Q4的第一端之間的節(jié)點為第二節(jié)點J2,第四開關器件Q4的第二端與第二開 關器件Q2的第二端相連相連，第一至第四開關器件的控制端分別與控制單元相連。其中，第 一開關器件Ql和第二開關器件Q2構成第一橋臂，第三開關器件Q3和第四開關器件Q4構成第 二橋臂。
[0030]如圖1所示，PFC全橋電路20的工作狀態(tài)包括上下橋臂直通工作狀態(tài)和對橋臂導通 工作狀態(tài)，其中，控制單元通過控制第一開關器件Ql和第二開關器件Q2同時開通或控制第 三開關器件Q3和第四開關器件Q4同時開通以使PFC全橋電