专利名称：一种高效节能充电机的制作方法
技术领域：
本发明设计一种高效节能电动汽车充电机，尤其涉及一种利用有源功率因数校正器实现高效节能的充电机技术领域。
背景技术：
目前国标对电动汽车充电站内充电机的功率因数要求3 90%，但多数充电机的功率因数也仅仅在90%左右，这会造成电网谐波污染，功率因数下降，无功分量主要为高次谐波，其中三次谐波幅度约为基波幅度的95%，五次谐波幅度约为基波幅度的70%.七次谐波幅度约为基波幅度的45%。高次谐波会对电网造成危害，使输入端功率因数下降，而且产生很强的电磁干扰(EMI)，对电网和其他用电设备的安全运行造成潜在危害。在这样的背景下，通过利用高效IC芯片，利用有源功率因数校正电路(Active Power Factor Corrector，简称APFC电路)设计开发一种新型充电机，从而提高充电机的功率因数、减小谐波，并最终达到充电机的高效节能。本部分的陈述仅仅提供了与本发明相关的背景技术，且可能不构成现有技术。
发明内容
本发明的目的正是为了克服上述现有充电机存在的缺陷而提出一种能够提高电器设备的功率因数，减少对电网的谐波污染的高效节能充电机。本发明的目的是通过如下技术方案来实现的。一种高效节能充电机，本发明由输入EMI、整流滤波模块1、APFC电路、DC/DC调整模块、整流滤波模块2、输出EMI依序连接构成；其中在整流滤波模块1与APFC电路之间连接有过电压过电流检测，在整流滤波模块2与输出EMI之间连接有电压电流功率因数检测， 在DC/DC调整模块上还连接有保护控制电路，并且保护控制电路还分别与过电压过电流检测和电压电流功率因数检测连接。输入EMI模块包括压敏电阻Y1、电阻R1、电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、电感线圈Ll ；其中压敏电阻Y1、电阻R1、电容C2并联在一起，一端接电感线圈Ll中A的一端， 压敏电阻Y1、电阻R1、电容C2并联起来的另一端接电感线圈Ll中B的一端，同时压敏电阻 Y1、电阻R1、电容C2并联起来的另一端接电容Cl的一端，电容Cl的另一端接电路板的信号地，电感线圈Ll中A的另一端接电容C3的一端，同时接整流器Ul的交流输入端，电感线圈 Ll中B的另一端接电容C3的另一端，同时接整流器Ul的交流输入端，整流器Ul的直流输出端和电容C4并联在一起进行输出。APFC电路模块采用平均电流控制模式UC38M芯片作为控制芯片，同时进行电压电流闭环控制，且由变压器Tl，二极管D9、D10,开关管Ql、Q2，输出主滤波电容C3组成；在 APFC电路中设置Rl 1、R12形成电流采集回路，在APFC电路中设置R17、R19形成电压采集回路；在控制电路中变压器Tl输出绕组3端子分别接到二极管Dl与D3的一端，变压器Tl 输出绕组4端子分别接到二极管D2与D4的一端，二极管D3和D4共同连接电阻Rl，输出到UC3854的15号端子上，通过电阻R6连接到UC38M的10号端子上。DC/DC调整模块中开关管漏极与栅极中间并联电阻和电容；漏极和源极并联连接稳压二极管和电容，通过变压器T，再连接开关管S4的源极，组成输出回路。DC/DC调整模块中开关管S2漏极与栅极中间并联电阻和电容；漏极和源极并联连接稳压二极管和电容， 通过变压器T，再连接开关管S3的源极，组成输出回路。本发明的有益效果是，采用APFC电路后，可将电源的输入电流变换为与输入市电同相位的正弦波，从而提高电器设备的功率因数，减少对电网的谐波污染。理论上，降压式 (Buck)、升压式(Boost)、升/降压式(Boost-Buck)以及反激式(Flyback)等变换器拓扑都可作为APFC的主电路。其中，Boost APFC是简单电流型控制，功率因数值高，总谐波失真小，效率高，但输出电压高于输入电压，适用于做大功率电源，应用广泛。因为升压式APFC 的电感电流连续，储能电感可作为滤波器抑制射频干扰(RFI)和EMI噪声，并防止电网对主电路的高频瞬态冲击.电路有升压斩波电路，输出电压大于输入电压峰值，电源允许的输入电压范围扩大，通常可达90 270 V，提高电源的适应性，且升压式APFC控制简单，适用的功率范围宽。因此，这里提出了一种基于Boost电路拓扑，以UC38M为控制核心的有源功率因数校正电路，该电路可将功率因数提高到0. 95以上。下面结合附图及实施例进一步阐述本发明的内容。
图1为本发明结构示意图； 图2为APFC电路原理图3为全桥整流电路示意图； 图4为DC/DC变换器主电路示意图。
具体实施例方式如图1，图2，图3，图4所示，一种高效节能充电机，本发明由输入EMI、整流滤波模块1、APFC电路、DC/DC调整模块、整流滤波模块2、输出EMI依序连接构成；其中在整流滤波模块1与APFC电路之间连接有过电压过电流检测，在整流滤波模块2与输出EMI之间连接有电压电流功率因数检测，在DC/DC调整模块上还连接有保护控制电路，并且保护控制电路还分别与过电压过电流检测和电压电流功率因数检测连接。输入EMI模块包括压敏电阻Yl、电阻Rl、电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、电感线圈Ll ；其中压敏电阻Y1、电阻R1、电容C2并联在一起，一端接电感线圈Ll中A的一端， 压敏电阻Y1、电阻R1、电容C2并联起来的另一端接电感线圈Ll中B的一端，同时压敏电阻 Y1、电阻R1、电容C2并联起来的另一端接电容Cl的一端，电容Cl的另一端接电路板的信号地，电感线圈Ll中A的另一端接电容C3的一端，同时接整流器Ul的交流输入端，电感线圈 Ll中B的另一端接电容C3的另一端，同时接整流器Ul的交流输入端，整流器Ul的直流输出端和电容C4并联在一起进行输出。APFC电路模块采用平均电流控制模式UC38M芯片作为控制芯片，同时进行电压电流闭环控制，且由变压器Tl，二极管D9、D10,开关管Ql、Q2，输出主滤波电容C3组成；在 APFC电路中设置Rl 1、R12形成电流采集回路，在APFC电路中设置R17、R19形成电压采集回路；在控制电路中变压器Tl输出绕组3端子分别接到二极管Dl与D3的一端，变压器Tl 输出绕组4端子分别接到二极管D2与D4的一端，二极管D3和D4共同连接电阻Rl，输出到 UC3854的15号端子上，通过电阻R6连接到UC38M的10号端子上。DC/DC调整模块中开关管漏极与栅极中间并联电阻和电容；漏极和源极并联连接稳压二极管和电容，通过变压器T，再连接开关管S4的源极，组成输出回路。本发明工作原理为如果充电机功率要求为3kW以上，则输入电源采用工频380V， 如果功率要求小于3kW，则输入电源采用工频220V，下面详细方案以220V为例
本发明主要构成模块 (1)输入EMI
输入EMI模块包括压敏电阻Y1、电阻R1、电容Cl、电容C2、电容C3、电容C4、电感线圈Ll构成，其中压敏电阻Y1、电阻R1、电容C2并联在一起，一端接电感线圈Ll中A的一端，压敏电阻Y1、电阻R1、电容C2并联起来的另一端接电感线圈Ll中B的一端，同时压敏电阻Y1、电阻R1、电容C2并联起来的另一端接电容Cl的一端，电容Cl的另一端接电路板的信号地，电感线圈Ll中A的另一端接电容C3的一端，同时接整流器Ul的交流输入端，电感线圈Ll中B的另一端接电容C3的另一端，同时接整流器Ul的交流输入端，整流器Ul的直流输出端和电容C4并联在一起进行输出。图中Yl为压敏电阻对整流器起到保护作用，C1，C2，C3和Ll共同构成差共模滤波器，滤除电网杂波进入电源，同时阻止电源高频干扰信号串入电网中，C4为整流器中的交流信号提供放电回路。(2)有源功率因数校正器电路(APFC电路)
经过输入EMI和整流滤波模块1后，从图1可以看出，220V交流电经过全桥整流后接入一个为平滑输出电压波形C4大电容，因此对220V电源来说其负载就是有非线性的整流电路和储能元件的组合，虽然与电压波形同相位但含有大量高次谐波，输入电流波形将发生严重畸变，呈脉冲状，对电网造成严重谐波污染，使输入端功率因数下降。为了减小整流电路输入端谐波电流造成的噪声和对电网产生的谐波污染，保证电网供电质量，提高电网可靠性，提高输入端功率因数已达到节能效果，因此采用如有源功率因数校正器电路。本发明采用了升压型BOOST电路，即输出直流电压高于输入直流电压。APFC电路使用了平均电流控制模式UC38M芯片作为控制芯片，本电路中把经过整流桥整流后的输入电压与输出电压误差放大信号的乘积作为基准电流，通过控制功率MOS管的通断来控制流过电感线圈的输入电流平均值，当检测到输入电流平均值低于基准电流时，导通功率MOS 管增大输入电流平均值，反之减小输入电流平均值，因此能始终跟踪输入电压，使得输入电流平均值与整流电压同相位，并接近于正弦波电压，使得功率因数提高到0. 95以上。具体原理图如图2所示，APFC电路由变压器T1，二极管D9、D10，开关管Ql、Q2，输出主滤波电容C3组成。控制电路由UC38M及其外部元件组成，电流采集回路主要依靠Rl 1、 R12完成，电压采集回路主要依靠R17、R19完成，在控制电路中变压器Tl输出绕组3端子分别接到二极管Dl与D3的一端，变压器Tl输出绕组4端子分别接到二极管D2与D4的一端，然后二极管D3和D4共同连接电阻R1，输出到UC38M的15号端子上，然后通过电阻R6 连接到UC38M的10号端子上。当输入电源采用工频220V交流电时，功率电路的几个关键功率器件选择如下R2取阻值为30K，最大功率为IkW的；开关管Q1、Q2为IRFP460，漏-源极最小击穿电压500 V, 漏-源极的最大导通电阻为0. 27 Ω，最大导通电流20 A ；二极管D9、D10选取MUR8100T ； 电容C9取470 μ F、450v ；电阻R18取I欧姆，最大功率为2kW的；电阻R17取510K欧姆； 电阻R19取IOK欧姆；二极管D6选取IN5820。
(3) DC/DC 调整模块
DC/DC调整模块电路主要由开关管Si、S2、S3、S4，二极管Dl、D2、D3、D4，电阻Rl、R2、 R3、R4、R5，电容Cl、C2、C3、C4、C5、C6、C7、C8，变压器T，电感Li、L2构成，其中开关管选择 PNP型的，漏极与栅极中间并联电阻和电容，如开关管Sl并联连接Rl和C5，漏极和源极并联连接稳压二极管和电容，如开关管Sl并联连接Cl和Dl，开关管Sl的漏极连接电感L2， 然后通过变压器T，再连接开关管S4的源极，组成输出回路，输出回路经过半波整流后进入代表模拟负载情况的L1、C、R5回路中。
权利要求
1.一种高效节能充电机，其特征是，由输入EMI、整流滤波模块1、APFC电路、DC/DC调整模块、整流滤波模块2、输出EMI依序连接构成；其中在整流滤波模块1与APFC电路之间连接有过电压过电流检测，在整流滤波模块2与输出EMI之间连接有电压电流功率因数检测， 在DC/DC调整模块上还连接有保护控制电路，并且保护控制电路还分别与过电压过电流检测和电压电流功率因数检测连接。
2.如权利要求1所述的一种高效节能充电机，其特征在于输入EMI模块包括压敏电阻(Yl)、电阻(Rl)、电容(Cl)、电容(C2)、电容(⑶、电容(C4)、电感线圈(Li)；其中压敏电阻(Yl)、电阻(Rl)、电容(C2)并联在一起，一端接电感线圈(Li)中A的一端，压敏电阻 (Y1)、电阻(R1)、电容(C2)并联起来的另一端接电感线圈(Ll)B端，同时压敏电阻(Y1)、电阻(Rl)、电容(C2)并联起来的另一端接电容(Cl)的一端，电容(Cl)的另一端接电路板的信号地，电感线圈(Li)中A的另一端接电容(C3)的一端，同时接整流器(Ul)的交流输入端，电感线圈(Li)中B的另一端接电容(C3)的另一端，同时接整流器(Ul)的交流输入端， 整流器(Ul)的直流输出端和电容(C4)并联在一起进行输出。
3.如权利要求1所述的一种高效节能充电机，其特征在于APFC电路模块采用平均电流控制模式UC38M芯片作为控制芯片，同时进行电压电流闭环控制，且由变压器(Tl)，二极管(D9、D10)，开关管(Q1、Q2)，输出主滤波电容(C3)组成；在APFC电路中设置(R1UR12) 形成电流采集回路，在APFC电路中设置(R17、R19)形成电压采集回路；在控制电路中变压器(Tl)输出绕组3端子分别接到二极管(Dl)与(D!3)的一端，变压器(Tl)输出绕组4端子分别接到二极管(D2)与(D4)的一端，二极管(D3)和(D4)共同连接电阻(R1)，输出到 UC3854的15号端子上，通过电阻(R6)连接到UC38M的10号端子上。
4.如权利要求1所述的一种高效节能充电机，其特征在于DC/DC调整模块中开关管(51)漏极与栅极中间并联电阻和电容；漏极和源极并联连接稳压二极管和电容，通过变压器(T)，再连接开关管(S4)的源极，组成输出回路。
5.如权利要求1所述的一种高效节能充电机，其特征在于DC/DC调整模块中开关管(52)漏极与栅极中间并联电阻和电容；漏极和源极并联连接稳压二极管和电容，通过变压器(T)，再连接开关管(S； )的源极，组成输出回路。
全文摘要
一种高效节能充电机，本发明由输入EMI、整流滤波模块1、APFC、DC/DC调整模块、整流滤波模块2、输出EMI依序连接构成；其中在整流滤波模块1与APFC之间连接有过电压过电流检测，在整流滤波模块2与输出EMI之间连接有电压电流功率因数检测，在DC/DC调整模块上还连接有保护控制电路，并且保护控制电路还分别与过电压过电流检测和电压电流功率因数检测连接。本发明具有提高电器设备的功率因数，减少对电网的谐波污染的显著优点。
文档编号H02M1/42GK102324778SQ20111029682
公开日2012年1月18日 申请日期2011年9月30日 优先权日2011年9月30日
发明者丁心志, 毕志周 申请人:云南电力试验研究院(集团)有限公司