专利名称：交流-直流转换器的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及转换器装置，尤其涉及交流-直流转换器。
背景技术：
现有车载充电机几乎都是隔离型的，效率大致为90%_93%左右，由于发散热量较大，必须采取强制冷却措施。水冷方式以及风冷方式下，噪音、摩损存在，且风扇的实际使用寿命不长，从而会进ー步缩短全车的寿命。所以，车载充电机的ニ种常规冷却方式(风冷、水冷)并不是最为实用的冷却方式。实践证明，车载充电机的自然风冷运行才是最实用的冷却方式。但要实现自然风冷运行，车载充电机的整体功率变换效率必须提升至96%以上。现有的车载充电机系统通常由交流-直流功率变换电路组成其功率变化的主要 部分，若要求车载充电机的整机满载效率达到96%以上，则交流-直流功率变换主电路的功率变换效率必须也达到96%以上。然而，目前尚未有任何一种隔离型的交流-直流功率变换主电路的功率变换效率可以达到96%以上。
实用新型内容为了解决上述技术问题，有必要提供一种能够提高功率变换效率的交流-直流转换器。本实用新型实施例提供ー种交流-直流转换器，该交流-直流转换器包括功率因数修正转换模块以及直流-直流转换模块。功率因数修正转换模块用于将交流电转换为直流电，并进行功率因数矫正后输出第一直流电压。所述功率因数修正转换模块包括一整流桥以及一功率因数校正电路，所述整流桥包括第一输出端以及第ニ输出端，所述第二输出端接地，所述功率因数校正电路包括第一支路、第二支路、第二开关、第三开关以及输出电容，所述第一支路、第二支路相互并联在所述第一输出端，所述第二开关连接在所述第二支路与第二输出端之间，所述第三开关连接在所述第一支路与第二输出端之间，所述输出电容的一端接地，另一端连接并联后的第一支路以及第ニ支路。直流-直流转换模块包括输入级，用于接收所述第一直流电压；输出级，用于根据所述第一直流电压输出ー个第二直流电压以及一反馈电压，所述第二直流电压与所述反馈电压之和等于所述第一直流电压；以及至少ー个能量回馈级，该能量回馈级耦接在所述输入级与所述输出级之间，用于将反馈电压产生的能量回馈至输入级。本实用新型的交流-直流转换器获得交流电源后，将该电源电压转换为第一直流电压，然后根据该第一直流电压再次转换成ー个第二直流电压以及一反馈电压，该第二直流电压供给负载端，该反馈电压转换成能量后反馈至输入端，从而能够提供较高的电压来调节交流-直流转换器的输出电流。而且，通过将电压反馈至输入级，能够补偿反馈过程中的损耗能量，从而提高交流-直流转换器的转换效率。
[0007]为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图I是本实用新型实施方式提供的交流-直流转换器的电路示意图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。在本实用新型实施例中，交流-直流转换器获得交流电源后，将该电源电压转换为第一直流电压，然后根据该第一直流电压再次转换成ー个第二直流电压以及一反馈电压，该第二直流电压供给负载端，该反馈电压形成回馈能量反馈至输入端，从而能够提供较高的电压来调节交流-直流转换器的输出电流。而且，通过将能量反馈至输入级，能够补偿反馈过程中的损耗能量，从而提高交流-直流转换器的转换效率。请參阅图1，其是本实用新型实施方式提供的交流-直流转换器200的结构示意图。所述交流-直流转换器200包括一功率因数修正(PFC)转换模块300以及一直流-直流转换模块100。所述PFC转换模块300用于接收一交流电源电压，并将该交流电源电压转换为第一直流电压。在本实施例中，所述PFC转换模块300为ー具有ニ路错相拓扑结构的PFC转换器，其转换效率(额定电压输入吋)能够达到979^98%。具体的，所述PFC转换模块300包括一整流桥40以及一功率因数校正电路50。所述整流桥40包括第一输出端41以及第ニ输出端43，所述第二输出端43接地。所述整流桥40用于将交流电源电压转换成直流电源电压。所述功率因数校正电路50包括第一支路51、第二支路53、第二开关55、第三开关57、输出电容59。所述第一支路51、第二支路53相互并联在所述第一输出端41，所述第二开关55连接在所述第二支路53与第二输出端43之间，所述第三开关57连接在所述第一支路51与第二输出端43之间，所述输出电容59的一端接地，所述输出电容59的另一端连接并联后的第一支路51以及第ニ支路53。所述第一支路51包括相互串联的第二电感511、第二ニ极管513。所述第二电感511能够通直流隔交流，从而能够将直流电压输出至所述第二ニ极管513。在该直流电压满足一定值时，所述第二ニ极管513导通，从而将该直流电压输出至所述输出电容59。所述第二支路53包括相互串联的第三电感531、第三ニ极管533。同理，所述第三电感531能够通直流隔交流，从而能够将直流电压输出至所述第三ニ极管533。在该直流电压满足一定值时，所述第三ニ极管533导通，从而将该直流电压输出至所述输出电容59。所述第二开关55 —端连接在所述第二电感511、第二ニ极管513之间，另一端连接所述第二输出端43。所述第三开关57 —端连接在所述第三电感531、第三ニ极管533之间，另一端连接所述第二输出端43。所述第二开关55以及第三开关57能够起到保护电路的作用。[0017]在本实施例中，所述直流-直流转换模块100为非隔离型功率变化器。该直流-直流转换模块100包括ー个输入级10、ー个输出级20以及至少ー个能量回馈级30。所述输入级10包括第一正极11与第一负极13，该第一正极11用于接收ー个第一直流电压。本实施方式中，所述第一正极11从一功率因数修正(PFC)转换电路(请參阅图5)接收所述第一直流电压，所述第一直流电压为一市电电压经过所述PFC转换模块300转换得到。所述输出级20用于根据所述第一直流电压输出ー个第二直流电压，所述第二直流电压小于所述第一直流电压。所述输出级20包括第二正极21与第三正极23，该第二正极21与所述第一正极11耦接，从而使得所述第二正极21也能够获得所述第一直流电压。所述第三正极23连接所述能量回馈级30，从而将所述第一直流电压的一部分输入到所述输出级20，而另外一部分第一直流电压则形成反馈电压，输入到所述能量回馈级30中，并形成一反馈能量。由此，所述输入级10的第一直流电压等于所述输出级20的第二直流电压与所述反馈电压之和。本实施方式中，所述能量回馈级30的数量为两个，所述两个能量回馈级30并联在·所述输入级与输出级之间。每个所述能量回馈级30耦接在所述输入级10与所述输出级20之间。具体的，所述能量回馈级30 —边耦接所述第三正极23以及一共模电压极31，以输入所述反馈电压，另ー边则耦接所述第一正极11，以将所述反馈电压转换成能量后反馈至所述第一正极11。所述第三正极23和所述共模电压极31之间形成所述反馈电压，所述共模电压极31与所述第一负极13共同连接至一共模电压。本实施方式中，所述共模电压为接地电压。 本实施例中，所述输入级10包括ー个第一电容15，所述第一电容15两端分别连接所述第一正极11与第一负极13，即所述第一电容15并联在所述输入级10中，使得所述第ー电容15两端电压等于所述第一直流电压，从而能够将所述第一直流电压的能量存储起来,并输出至所述输出级20中。本实施例中，所述第一电容15为ー电解电容。所述输出级20包括ー个第二电容25，所述第二电容25两端分别连接所述第二正极21与第三正极23，即所述第二电容25并联在所述输出级20中，使得所述第二电容25两端电压等于所述第二直流电压，从而能够将所述第二直流电压的能量存储起来，并输出至负载端(图未^^)。本实施例中，所述第二电容25为ー电解电容。所述能量回馈级30包括ー输入部33、ー转换电路35以及ー输出部37。所述输入部33耦接所述第三正极23以及所述共模电压极31，用于接收从所述输出级20获得的所述反馈电压。所述输出部37耦接所述第一正极11以及所述第一负极13，用于将经过所述转换电路35后的能量回馈至所述输入级10。所述转换电路35用于接收所述输入部33的反馈电压，并将该能量转换后从该输出部37输出到该第一正极11。具体的，所述转换电路35包括ー个第三电容351、ー个第四电容353、ー个第一开关355、一二极管357以及ー电感359，所述第三电容351、第四电容353、以及第ー开关355相互并联，所述ニ极管357串联在所述第三电容351与第一开关355之间，所述电感359串联在所述第四电容353与第一开关355之间。所述第三电容351包括第四正极351a与第三负极351b，所述第三电容351用于接收所述反馈电压，并进行充电。[0026]所述第四电容353包括第五正极353a与第四负极353b，所述第五正极353a与所述第三负极351b共同连接于所述共模电压极31。本实施例中，所述第一开关355为绝缘栅双极型晶体管。所述第一开关355包括栅极、发射集以及集电极，所述栅极连接一外部控制信号(图未示)，所述发射集连接所述共模电压极31，所述集电极连接在所述ニ极管357以及电感359之间。所述ニ极管357的正极连接所述电感359，所述ニ极管357的负极连接所述第四电容353的第四负极353b以及第一正极11。所述电感359 —端连接所述第三电容351的第四正极351a，另外一端连接所述绝缘栅双极型晶体管的集电极以及所述ニ极管357的正扱。所述直流-直流转换器100的转换效率满足下列公式n=Cl+W*C2，(I)其中，n为转换效率，Cl为所述输出级20的第二直流电压占输入级10的第一直流电压的百分比，C2为反馈电压占输入级10的第一直流电压的百分比，W为反馈电压通过所述能量回馈级30的损耗系数。所述公式(I)从下列公式获得n=Iout*Vpfc*Cl+W*Iout*Vpfc *C2 (2)其中，Iout为流经直流-直流转换模块100的电流，Vpfc为所述PFC转换电路35的第二直流电压，即输入级10的第一直流电压。结合上述公式，以共模电压极31为參考电位点吋，输入级10的第一直流电压等于所述输出级20的第二直流电压与反馈电压之和，即Vpfc=Vdco+ VEFin, (3)其中Vdco为交流-直流变换器输出级20的第二直流电压，VEFin为所述反馈电压，即所述能量回馈级30的第一直流电压。由(3)可得，VEFin= Vpfc - Vdco (4)将(4)代入(2)即可计算出转换效率n。例如，当VEFin占Vpfc的20%吋，交流-直流变换器的总效率为(lout*0. 8*Vpfc+95%*Iout*20%*Vpfc)/(Io* Vpfc)=99%; 当VEFin占Vpfc的40%吋，交流-直流变换器的总效率为(Io*0. 8* VPFC +95%* Io*40%* VPFC)/(Io* VPFC) =98%。在一般情况下，由于 VEFin占Vpfc的百分比可以控制在0 50%范围内，因此可将转换效率n限制在97% 99%的范围内。由于所述PFC转换模块300的转换效率(额定电压输入)一般能够达到979^98%，因此综合起来之后，所述交流-直流转换器200的功率转换效率可以达到96%以上。在另外的实施例中，多个能量回馈级30串联在所述第三正极23与第一正极11之间。本实用新型的交流-直流转换器不受限于多个能量回馈级为多相并联或串联运行的方式，如同频同相运行、或同频错相运行、或各自独立运行、或视功率大小等条件运行均可。以上所揭露的仅为本实用新型ー种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本实用新型之权利范围，因此依本实用新型权利要求所作的等同变化，仍属本实用新型所涵盖的范围。
权利要求1.ー种交流-直流转换器，其特征在于，该交流-直流转换器包括 功率因数修正转换模块，其用于将交流电转换为直流电，并进行功率因数矫正后输出第一直流电压，所述功率因数修正转换模块包括一整流桥以及一功率因数校正电路，所述整流桥包括第一输出端以及第ニ输出端，所述第二输出端接地，所述功率因数校正电路包括第一支路、第二支路、第二开关、第三开关以及输出电容，所述第一支路、第二支路相互并联在所述第一输出端，所述第二开关连接在所述第二支路与第二输出端之间，所述第三开关连接在所述第一支路与第二输出端之间，所述输出电容的一端接地，另一端连接并联后的第一支路以及第ニ支路；以及 直流-直流转换模块，其包括 输入级，用于接收所述第一直流电压； 输出级，用于根据所述第一直流电压输出ー个第二直流电压以及一反馈电压，所述第二直流电压与所述反馈电压之和等于所述第一直流电压；以及 至少ー个能量回馈级，该能量回馈级耦接在所述输入级与所述输出级之间，用于将反馈电压产生的能量回馈至输入级。
2.如权利要求I所述的交流-直流转换器，其特征在于所述输入级包括第一正极与第一负极，该第一正极用于接收所述第一直流电压；所述输出级包括第二正极与第三正扱，该第二正极与所述第一正极耦接，所述第三正极与所述能量回馈级耦接。
3.如权利要求2所述的交流-直流转换器，其特征在于所述输入级包括ー个第一电容，所述第一电容两端分别连接所述第一正极与第一负极，所述第一电容两端电压等于所述第一直流电压；所述输出级包括ー个第二电容，所述第二电容两端分别连接所述第二正极与第三正扱，所述第二电容两端电压等于所述第二直流电压。
4.如权利要求2所述的交流-直流转换器，其特征在于所述能量回馈级的数量为多个，该多个能量回馈级相互并联在所述第三正极与第一正极之间。
5.如权利要求2所述的交流-直流转换器，其特征在于所述能量回馈级的数量为多个，该多个能量回馈级串联在所述第三正极与第一正极之间。
6.如权利要求3所述的交流-直流转换器，其特征在于每个所述能量回馈级包括一输入端、ー转换电路以及ー输出端，所述输入端耦接所述第三正极，所述输出端耦接所述第一正极，所述转换电路用于接收所述输入端的能量，并将该能量转换后从该输出端输出到该第一正极。
7.如权利要求6所述的交流-直流转换器，其特征在于所述转换电路包括ー个第三电容、ー个第四电容、ー个第一开关、ー个第一ニ极管以及ー个第一电感，所述第三电容、第四电容、以及第ー开关相互并联，所述第一ニ极管串联在所述第三电容与第一开关之间，所述第一电感串联在所述第四电容与第一开关之间。
8.如权利要求I所述的交流-直流转换器，其特征在于所述直流-直流转换模块的转换效率满足下列公式 n=C1+W*C2，其中，n为转换效率，Cl为第二直流电压占第一直流电压的百分比，C2为反馈电压占第一直流电压的百分比，W为反馈电压通过所述能量回馈级的损耗系数。
9.如权利要求I所述的交流-直流转换器，其特征在于该功率因数修正转换模块为ニ路错相拓扑结构。
10.如权利要求I所述的交流-直流转换器，其特征在于所述第一支路包括相互串联的第二电感、第二ニ极管，所述第二支路包括相互串联的第三电感、第三ニ极管，所述第二开关一端连接在所述第二电感、第二ニ极管之间，另一端连接所述第二输出端，所述第三开关一端连接在所述第三电感、第三ニ极管之间，另一端连接所述第二输出端。
专利摘要本实用新型实施例公开一种交流-直流转换器，该交流-直流转换器包括一个功率因数修正转换模块以及一个直流-直流转换模块。该功率因数修正转换模块用于将交流电转换为直流电，并进行功率因数矫正后输出第一直流电压，该功率因数修正转换模块为二路错相拓扑结构。该直流-直流转换模块包括输入级，用于接收所述第一直流电压；输出级，用于根据所述第一直流电压输出一个第二直流电压以及一反馈电压，所述第二直流电压与所述反馈电压之和等于所述第一直流电压；以及至少一个能量回馈级，该能量回馈级耦接在所述输入级与所述输出级之间，用于将反馈电压产生的能量回馈至输入级。该交流-直流转换器具有较高的转换效率。
文档编号H02M7/04GK202435292SQ20122001741
公开日2012年9月12日 申请日期2012年1月16日 优先权日2012年1月16日
发明者吴壬华, 胡定高, 胡峻凡, 莫光铖, 郑向红 申请人:深圳市欣锐特科技有限公司