一种基于准Z源变换的车载充电机的制作方法

本发明涉及充电机领域，特别是涉及一种基于准Z源变换的车载充电机。

背景技术：

电动汽车车载充电机是一种专为电动汽车的车用电池充电的设备，是对电池充电时用到的有特定功能的电力转换装置。

传统的充电机框图如图1所示，包括抗电磁干扰(EMI)器、二极管单相全桥整流器、有源功率因数校正器、滤波器I、DC/DC升降压变换器、单相高频方波逆变器、隔离变压器、单相高频整流器、滤波器II和电压检测器。其中，由于二极管单相全桥整流器、有源功率因数校正器、DC/DC升降压变换器、单相高频方波逆变器、单相高频整流器这五个组件均分别需各自的开关元件来分别控制，其导通损耗及开关损耗导致整个充电系统充电效率低；同时由于整机元器件数量多，也会降低整机长时间安全运行的可靠性。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于准Z源变换的车载充电机，包括：箱体、设置在箱体第一端的输入插座、输出插座，以及设置在所述箱体内的抗电磁干扰器、准Z源整流器、单相恒频恒占空比逆变器、隔离变压器、单相恒频恒占空比整流器和滤波器；

所述输入插座与外界电源或交流充电桩连连接而获得交流电能，并通过所述抗电磁干扰器消除干扰，所述准Z源整流器将所述抗电磁干扰器消除干扰后的交流电能转换成直流电能并调压，所述单相恒频逆变器将所述直流电能转换成第一交流方波脉冲并输出到隔离变压器，经隔离变压器电隔离后输出所述第二交流方波脉冲，所述单相恒频恒占空比整流器对所述第二交流方波脉冲进行整流得到单向直流方波脉冲，并通过所述滤波器滤波得到完整的直流，再通过所述输出插座与负载连接供负载充电。

进一步地，还包括第一印制电路板和第二印制电路板。

优选地，所述抗电磁干扰器、单相全桥整流器、准Z源网络器与单相恒频恒占空比逆变器依次位于所述第一印制电路板上。

优选地，所述滤波器、单相恒频恒占空比整流器依次位于所述第二印制电路板上。

进一步地，还包括冷却风扇，所述冷却风扇位于所述箱体的第二端，用于冷却所述车载充电机内部器件。

进一步地，还包括电流检测器，位于第二印制电路板上，用于检测所述车载充电机充电输出的电流。

进一步地，还包括电压检测器，位于第二印制电路板上，用于检测所述车载充电机充电输出的电压。

优选地，所述单相全桥整流器的控制采用单周期电流控制策略来实现交流输入电流功率因数单位化与输入电流正弦化。

优选地，所述单相准Z源整流器及恒频恒占空比逆变器的脉冲宽度调制工作频率f≥100KHz。

进一步地，所述准Z源整流器由单相全桥整流器和准Z源网络器组成，还用于将电能功率双向传递。

进一步地，所述准Z源整流器、单相恒频恒占空比逆变器和单相恒频恒占空比整流器内均设有基于无源无损软开关技术的缓冲部件。

有益效果：

本发明所述的一种基于准Z源变换的车载充电机。内部器件包括抗电磁干扰器、准Z源整流器、单相恒频恒占空比逆变器、隔离变压器、单相恒频恒占空比整流器和滤波器，相较于图1中的充电机内部包含的器件，很明显本发明中通过单相全桥整流器和准Z源网络组成的准Z源整流器代替图1中二极管单相全桥整流器、有源功率因数校正器、滤波器I和DC/DC升降压变换器，明显本发明的电子器件更少，且本发明中没有源功率因数校正器和DC/DC升降压变换器从而降低了导通损耗及开关损耗，提高了充电效率；同时提升了整机长时间安全运行的可靠性。

附图说明

图1是现有的一种充电机的系统原理方框示意图；

图2是本发明的一种充电机的系统原理方框示意图；

图3是本发明实施例1提供的一种车载充电机内部结构示意图；

图4是本发明实施例2提供的一种车载充电机内部结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护范围。

图2是本发明的原理方框示意图，包括：依次连接的抗电磁干扰器、单相全桥整流器、准Z源网络器、单相恒频恒占空比逆变器、隔离变压器、单相恒频恒占空比整流器、滤波器和电流、电压检测器。

其工作原理为：抗电磁干扰器用于消除外界干扰或者本机的高频干扰，准Z源整流器将抗电磁干扰器消除干扰后的交流电能转换成直流电能，并通过对准Z源整流器直通零矢量的控制而调整直流电压，单相恒频恒占空比逆变器将直流电能转换成第一交流方波脉冲并输出到隔离变压器，隔离变压器用于电隔离以免人员受伤，经隔离变压器电隔离后输出第二交流方波脉冲，单相恒频恒占空比整流器对第一方波脉冲进行整流得到直流方波脉冲，并通过滤波器滤波得到完整的直流，再供负载充电。

实施例1，

图3所示的一种基于准Z源变换的车载充电机，包括：箱体2、设置在箱体2第一端的输入插座1、输出插座7、其中，输入插座1连接电源，输出插座7连接负载；以及设置在箱体2内的抗电磁干扰器31、单相全桥整流器32、准Z源网络器33、单相恒频恒占空比逆变器34、隔离变压器4、单相恒频恒占空比整流器61、滤波器62、第一印制电路板3、第二印制电路板6以及冷却风扇5，其位于箱体2的第二端，用于冷却车载充电机内部器件。

其中，抗电磁干扰器31、单相全桥整流器32、准Z源网络器33与单相恒频恒占空比逆变器34依次位于第一印制电路板3上；滤波器62、单相恒频恒占空比整流器61依次位于第二印制电路板6上。

具体工作时：输入插座1与外界电源或交流充电桩连接而获得交流电能，并通过抗电磁干扰器31消除干扰，准Z源整流器(由单相全桥整流器32与准Z源网络器33连接组成)将抗电磁干扰器31消除干扰后的交流电能转换成直流电能并调压，单相恒频逆变器34将上述直流电能转换成第一交流方波脉冲并输出到隔离变压器4，隔离变压器4用于电隔离以免人员受伤，经隔离变压器4电隔离后输出第二交流方波脉冲后，单相恒频恒占空比整流器61对第一方波脉冲进一步整流得到单向直流方波脉冲，并通过滤波器62滤波后得到完整的直流，再通过输出插座7供负载(电动汽车动力电池组)充电。

进一步地，准Z源整流器由单相全桥整流器32和准Z源网络器33连接组成，与单相恒频恒占空比整流器61相结合，可实现将电能功率双向传递及输出直流电压的调压，当充电机用于充电时，准Z源整流器是全桥脉冲宽度调制方式与直通零矢量调制方式相结合的任意升压、降压；当充电机用于电池向电网传递电能功率(分布式储能)时，此整流器可以由开关器件的体二极管组成。其隔离级是恒频恒占空比的方式，从而简化了系统，降低了充电机成本。

优选地，本实施例中，准Z源整流器及单相恒频恒占空比逆变器的脉冲宽度调制工作频率f≥100KHz。单相全桥整流器的控制采用单周期电流控制策略来实现交流输入电流功率因数单位化以及输入电流正弦化，从而提高了功率因数，降低了整机输入电流的谐波畸变率，本机中所有元器件的开关器件均为无源无损吸收的软开关，准Z源整流器、单相恒频恒占空比逆变器和单相恒频恒占空比整流器内均设有基于无源无损软开关技术的缓冲部件，所有软开关器件实现零电流开通与零电压关断；且缓充部件的无源器件，电感和电容，都在开关周期内将储能转移至变换的电源或负载。从而大大提高了车载充电机整机的效率，是一种节能型产品。

实施例2，

本实施例在实施例1的基础上增加了电流检测器63，其通过光隔部件与第二印制电路板6连接，电压检测器64，其通过光隔部件与第二印制电路板6连接，且其他元器件与连接方式与上述实施例1一致，这里不再赘述。

具体工作时：输入插座1与外界电源或交流充电桩连接而获得交流电能，并通过抗电磁干扰器31消除干扰，准Z源整流器(由单相全桥整流器32与准Z源网络器33连接组成)将抗电磁干扰器31消除干扰后的交流电能转换成直流电能并调压控制，单相恒频恒占空比逆变器34将上述直流电能转换成第一交流方波脉冲并输出到隔离变压器4，隔离变压器4用于电隔离以免人员受伤，经隔离变压器4输出第二交流方波脉冲后，单相恒频恒占空比整流器61对第二交流方波脉冲进一步整流得到单向直流方波脉冲，并通过滤波器62滤波后得到完整的直流，再通过输出插座7供负载(车载充电汽车)充电。

进一步地，本实施例中准Z源整流器由单相全桥整流器32和准Z源网络器33连接组成，以及隔离变压器前、后逆变器与整流器可实现将电能功率双向传递。当充电机充电时，准Z源整流器工作于整流方式，并通过其特有的直通零矢量控制及PWM调制度控制任意调整向后级的输出直流电压幅度。隔离级脉冲宽度调制是恒频恒占空比的方式，从而简化了系统，降低了充电机成本。

优选地，本实施例中准Z源整流器与单相恒频恒占空比逆变器的脉冲宽度调制工作频率f≥100KHz；单相全桥整流器的控制采用单周期电流控制策略来实现交流输入电流功率因数单位化与正弦化，从而降低整机电流谐波畸变率，本机中所有元器件的开关器件均为无源无损吸收的软开关，准Z源整流器、单相恒频恒占空比逆变器和单相恒频恒占空比整流器内均设有基于无源无损软开关技术的缓冲部件，所有软开关器件实现零电流开通与零电压关断；且缓充部件的无源器件，电感和电容，都在开关周期内将储能转移至变换的电源或负载。从而大大提高了车载充电机整机的效率，是一种节能型产品。

本实施例中电流检测器63用于检测本发明车载充电机输出电流，当检测到电流值出现异常时，通过电子保护系统截止输出，并通过报警与通讯系统通知后台工作人员对其进行检修；同样，本实施例中电压检测器64用于检测车载充电机的输出电压，当检测到电压值出现异常时，通过电子保护系统截止输出，并通过报警与通讯系统通知后台工作人员对其进行检修。输出电流与输出电压经分别经电流检测器、电压检测器采样，经光隔部件隔离。反馈至准Z源变换级控制部件从而作充电电流与电压的控制。

以上是对本发明所提供的一种基于准Z源变换的车载充电机进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，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明权利要求的保护范围内。