单级pfc变换器和具有其的电动汽车的充电装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及电源技术领域，特别涉及一种单级PFC(Power Factor Correction，功 率因数校正)变换器以及具有其的电动汽车的充电装置。
【背景技术】
[0002] 电动汽车的充电装置无论是车载充电机还是直流充电粧，其电路拓扑结构中都离 不开PFC电路。PFC电路是交流电转换为直流电的重要环节，不仅可以保证电源在开关转换 时不对电网质量产生影响，而且可以减小电流谐波畸变以及电源工作时产生的无功功率。
[0003] 相关技术中，充电装置的电路拓扑结构为PFC电路和DC/DC变换器的串联结构，该 结构的稳定性和精度均比较高，但是使用的元器件多、控制电路复杂，且两级串联产生的损 耗多。
[0004] 因此，需要对充电装置的电路拓扑结构进行改进。
【发明内容】
[0005] 本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的 一个目的在于提出一种单级PFC变换器，能够实现功率因数校正功能和对高低压电路之间 的电气隔离，而且体积小、工作效率高。
[0006] 本发明的另一个目的在于提出一种电动汽车的充电装置。
[0007] 为实现上述目的，本发明一方面实施例提出了一种单级PFC变换器，包括:第一整 流桥，所述第一整流桥的第一输入端和第二输入端分别与输入电源相连;PFC全桥电路，所 述PFC全桥电路的第一输入端与所述第一整流桥的第一输出端相连，所述PFC全桥电路的第 二输入端与所述第一整流桥的第二输出端相连，所述PFC全桥电路包括第一至第四开关器 件，所述第一至第四开关器件构成全桥桥臂且具有第一节点和第二节点；高频变压器，所述 高频变压器的初级绕组的一端通过所述高频变压器的漏感与所述第一节点相连，所述高频 变压器的初级绕组的另一端与所述第二节点相连;整流滤波电路，所述整流滤波电路的第 一输入端与所述高频电压器的次级绕组的一端相连，所述整流滤波电路的第二输入端与所 述高频电压器的次级绕组的另一端相连;控制单元，所述控制单元通过对所述第一至第四 开关器件进行控制以使所述单级PFC变换器实现功率因数校正与DC/DC隔离变换。
[0008] 本发明实施例的单极PFC变换器，通过控制PFC全桥电路中的第一至第四开关器件 的开通时序，实现功率因数校正和DC/DC隔离变换。在该变换器中，由于使用的磁性元器件 和电解电容比较少，因此可以有效减少变换器的体积，同时采用高频变压器可以实现高低 压电路之间的电气隔离，而且高频变压器双端励磁，磁芯的利用率高，提高了变换器的工作 效率。
[0009] 根据本发明的一个实施例，第一开关器件的第一端通过PFC电感与所述第一整流 桥的第一输出端相连，所述第一开关器件的第二端与第二开关器件的第一端相连，所述第 一开关器件的第二端与第二开关器件的第一端之间的节点为所述第一节点，所述第二开关 器件的第二端与所述第一整流桥的第二输出端相连，第三开关器件的第一端与所述第一开 关器件的第一端相连，所述第三开关器件的第二端与第四开关器件的第一端相连，所述第 三开关器件的第二端与第四开关器件的第一端之间的节点为所述第二节点，所述第四开关 器件的第二端与所述第二开关器件的第二端相连相连，所述第一至第四开关器件的控制端 分别与所述控制单元相连。
[0010] 根据本发明的一个实施例，所述第一开关器件和第二开关器件构成第一桥臂，所 述第三开关器件和第四开关器件构成第二桥臂。
[0011] 根据本发明的一个实施例，所述PFC全桥电路的工作状态包括上下桥臂直通工作 状态和对桥臂导通工作状态，其中，所述控制单元通过控制所述第一开关器件和第二开关 器件同时开通或控制所述第三开关器件和第四开关器件同时开通以使所述PFC全桥电路以 所述上下桥臂直通工作状态进行工作，所述控制单元通过控制所述第一开关器件和第四开 关器件同时开通或控制所述第二开关器件和第三开关器件同时开通以使所述PFC全桥电路 以所述对桥臂导通工作状态进行工作。
[0012]根据本发明的一个实施例，上述的单级PFC变换器，还包括箝位电路，所述箝位电 路与所述第一桥臂并联，所述箝位电路用于对所述第一桥臂两端的电压尖峰进行抑制。
[0013] 根据本发明的一个实施例，所述箝位电路包括箝位开关管和箝位电容，所述箝位 开关管和箝位电容串联后与所述第一桥臂并联，所述箝位开关管和箝位电容之间具有第三 节点。
[0014] 根据本发明的一个实施例，所述控制单元在所述第一开关器件和所述第三开关器 件的工作时序中添加死区时间，并通过调整所述死区时间以消除所述高频变压器的偏磁。
[0015] 根据本发明的一个实施例，上述的单级PFC变换器，还包括预充电电路，所述预充 电电路连接在所述第三节点与所述PFC全桥电路的第一输入端之间，所述预充电电路用于 抑制PFC电感在所述单级PFC变换器启动过程中产生的过流。
[0016] 根据本发明的一个实施例，所述预充电电路包括预充二极管和预充电阻，所述预 充二极管的阳极与所述PFC全桥电路的第一输入端相连，所述预充二极管的阴极与所述预 充电阻的一端相连，所述预充电阻的另一端与所述第三节点相连。
[0017] 为实现上述目的，本发明另一方面实施例提出了一种电动汽车的充电装置，其包 括上述的单级PFC变换器。
[0018] 本发明实施例的电动汽车的充电装置，通过上述的单极PFC变换器，不仅能够实现 功率因数校正功能和对高低压电路之间的电气隔离，而且体积小、工作效率高。
【附图说明】
[0019] 图1是根据本发明一个实施例的单极PFC变换器的电路拓扑结构。
[0020] 图2是根据本发明一个实施例的单极PFC变换器的工作波形图。
[0021 ]图3是根据本发明一个实施例的具有钳位电路的单极PFC变换器的电路拓扑结构。
[0022] 图4是根据本发明一个实施例的具有钳位电路的单极PFC变换器的工作波形图。
[0023] 图5是根据本发明一个实施例的增加死区时间后的单极PFC变换器的工作波形图。
[0024] 图6是根据本发明一个实施例的具有预充电路的单极PFC变换器的电路拓扑结构。
【具体实施方式】
[0025] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终 相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附 图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
[0026] 下面结合附图描述本发明实施例的单级PFC变换器和具有其的电动汽车的充电装 置。
[0027] 图1是根据本发明一个实施例的单极PFC变换器的电路拓扑结构。如图1所示，该单 极PFC变换器包括:第一整流桥10、PFC全桥电路20、高频变压器TF、整流滤波电路30和控制 单元(图中未具体示出）。
[0028] 其中，第一整流桥10的第一输入端和第二输入端分别与输入电源Uin相连。PFC全桥 电路20的第一输入端与第一整流桥10的第一输出端相连，PFC全桥电路20的第二输入端与 第一整流桥10的第二输出端相连，PFC全桥电路20包括第一至第四开关器件，第一至第四开 关器件构成全桥桥臂且具有第一节点Jl和第二节点J2。高频变压器TF的初级绕组的一端通 过高频变压器的漏感Lk与第一节点Jl相连，高频变压器TF的初级绕组的另一端与第二节点 J2相连。整流滤波电路30的第一输入端与高频电压器TF的次级绕组的一端相连，整流滤波 电路30的第二输入端与高频电压器TF的次级绕组的另一端相连。控制单元通过对第一至第 四开关器件进行控制以使单级PFC变换器实现功率因数校正与DC/DC隔离变换。
[0029] 如图1所不，第一开关器件Ql的第一端通过PFC电感Lin与第一整流桥10的第一输 出端相连，第一开关器件Ql的第二端与第二开关器件Q2的第一端相连，第一开关器件Ql的 第二端与第二开关器件Q2的第一端之间的节点为第一节点Jl，第二开关器件Q2的第二端与 第一整流桥10的第二输出端相连，第三开关器件Q3的第一端与第一开关器件Ql的第一端相 连，第三开关器件Q3的第二端与第四开关器件Q4的第一端相连，第三开关器件Q3的第二端 与第四开关器件Q4的第一端之间的节点为第二节点J2,第四开关器件Q4的第二端与第二开 关器件Q2的第二端相连相连，第一至第四开关器件的控制端分别与控制单元相连。其中，第 一开关器件Ql和第二开关器件Q2构成第一桥臂，第三开关器件Q3和第四开关器件Q4构成第 二桥臂。
[0030]如图1所示，PFC全桥电路20的工作状态包括上下桥臂直通工作状态和对桥臂导通 工作状态，其中，控制单元通过控制第一开关器件Ql和第二开关器件Q2同时开通或控制第 三开关器件Q3和第四开关器件Q4同时开通以使PFC全桥电