单级三端口磁集成拓扑、车载充电机及其控制方法与流程

本申请涉及电力电子，特别涉及一种单级三端口磁集成拓扑、车载充电机及其控制方法。

背景技术：

1、随着新能源汽车的快速发展，电动汽车的市场占有率在不断增加。目前乘用车领域，车载充电机属于电动汽车的重要组成部分；高度集成化为其发展趋势，现有磁集成技术将供给高压电池、低压电池和低压用电设备两种电压等级的输出集成在一起，通过前级pfc(power factor correction，功率因数校正)整流电路以及后级三端口磁集成拓扑，大大提高了器件利用率和功率密度。

2、但是，该方案采用两级级联结构，存在器件多，效率低，而且控制复杂等缺点。

技术实现思路

1、有鉴于此，本申请提供一种单级三端口磁集成拓扑、车载充电机及其控制方法，以减少器件，同时提高变换效率，简化控制方案。

2、为实现上述目的，本申请提供如下技术方案：

3、本申请第一方面提供了一种单级三端口磁集成拓扑，包括：变压器、交流侧变换电路、高压侧变换电路及低压侧变换电路；其中，

4、所述交流侧变换电路的一侧，作为所述单级三端口磁集成拓扑的交流侧；

5、所述交流侧变换电路的另一侧，连接所述变压器的原边绕组；

6、所述高压侧变换电路的交流侧，连接所述变压器的一个副边绕组；

7、所述高压侧变换电路的直流侧，作为所述单级三端口磁集成拓扑的高压直流侧；

8、所述低压侧变换电路的交流侧，连接所述变压器的另一个副边绕组；

9、所述低压侧变换电路的直流侧，作为所述单级三端口磁集成拓扑的低压直流侧；

10、所述交流侧变换电路为矩阵变换结构，用于实现对于所述单级三端口磁集成拓扑交流侧的电压极性变换处理和功率因数校正功能。

11、可选的，所述矩阵变换结构为：三相结构、全桥结构或者半桥结构。

12、可选的，所述交流侧变换电路中受控的半桥桥臂，包括两个串联连接的双向开关；所述双向开关包括两个反向串联连接的开关管；

13、所述矩阵变换结构为三相结构或全桥结构时，所述单级三端口磁集成拓扑的交流侧各相之间还设置有相应的滤波电容；

14、所述矩阵变换结构为半桥结构时，所述交流侧变换电路中还包括两个串联连接的滤波电容，串联的连接点用于连接所述原边绕组，串联后的两端与所述半桥桥臂并联连接于所述单级三端口磁集成拓扑的交流侧。

15、可选的，所述高压侧变换电路为：全桥电路或者半桥电路。

16、可选的，所述低压侧变换电路为：全桥电路，或者，级联连接的全波整流电路与降压电路。

17、可选的，还包括：第一阻抗、第二阻抗及第三阻抗；

18、所述第一阻抗与所述原边绕组，串联连接于所述交流侧变换电路的对应侧；

19、所述第二阻抗与对应所述副边绕组，串联连接于所述高压侧变换电路的交流侧；

20、所述第三阻抗与对应所述副边绕组，串联连接于所述低压侧变换电路的交流侧。

21、可选的，在所述单级三端口磁集成拓扑的开关频率下，所述第二阻抗的阻抗值小于所述第一阻抗的阻抗值以及所述第三阻抗的阻抗值，且所述第一阻抗和所述第三阻抗中任一者的阻抗值与所述第二阻抗的阻抗值之间的差值大于预设阈值。

22、可选的，所述第一阻抗的阻抗值为零，或者，所述第一阻抗为电感与电容中的至少一种；

23、所述第二阻抗的阻抗值为零，或者，所述第二阻抗为电感与电容中的至少一种；

24、所述第三阻抗的阻抗值为零，或者，所述第三阻抗为电感与电容中的至少一种。

25、可选的，所述第二阻抗的阻抗值为零，或者，所述第二阻抗为容量大于预设容量的电容。

26、可选的，所述第一阻抗和所述第三阻抗中的电感为：单电感，或者，所述变压器的集成电感或漏感。

27、本申请第二方面提供一种车载充电机，包括：控制器和如上述第一方面任一种所述的单级三端口磁集成拓扑；

28、所述单级三端口磁集成拓扑受控于所述控制器。

29、本申请第三方面提供一种车载充电机的控制方法，应用于如上述第二方面所述的车载充电机的控制器，所述控制方法包括：

30、获取所述车载充电机中单级三端口磁集成拓扑的检测参数，并确定所述单级三端口磁集成拓扑需要的功率传输方向；

31、根据所述检测参数及所述功率传输方向，确定所述单级三端口磁集成拓扑的控制参数；所述控制参数包括外移相角和开关频率；

32、根据所述控制参数，生成并输出对于所述单级三端口磁集成拓扑中各开关管的驱动信号。

33、可选的，所述外移相角，包括所述单级三端口磁集成拓扑中：

34、交流侧变换电路与高压侧变换电路在驱动信号之间存在的第一角度相位差；

35、所述交流侧变换电路与低压侧变换电路在驱动信号之间存在的第二角度相位差；

36、所述高压侧变换电路与所述低压侧变换电路在驱动信号之间存在的第三角度相位差。

37、可选的，在功率由所述单级三端口磁集成拓扑的交流侧向高压直流侧和低压直流侧传输时，所述第一角度相位差与所述第二角度相位差均大于零；

38、在功率由所述高压直流侧向所述低压直流侧传输时，所述第三角度相位差大于零，所述交流侧矩阵变换电路的驱动信号为关断；

39、在功率由所述高压直流侧向所述交流侧与所述低压直流侧传输时，所述第一角度相位差小于零，所述第三角度相位差大于零；

40、在功率由所述低压直流侧向所述高压直流侧传输时，所述第三角度相位差小于零，所述交流侧矩阵变换电路的驱动信号为关断。

41、可选的，所述单级三端口磁集成拓扑中的低压侧变换电路为全桥电路时，所述控制参数还包括：所述低压侧变换电路的内移相角。

42、可选的，所述高压侧变换电路无内移相角。

43、可选的，所述单级三端口磁集成拓扑的交流侧变换电路中各半桥桥臂内：

44、续流二极管阳极指向所述单级三端口磁集成拓扑交流侧高电压端的开关管，其驱动信号为常通信号；

45、续流二极管阳极指向所述单级三端口磁集成拓扑交流侧低电压端的开关管，其驱动信号为互补的高频通断信号。

46、本申请提供的单级三端口磁集成拓扑，其交流侧变换电路在实现对于单级三端口磁集成拓扑交流侧的电压极性变换处理的基础之上，通过采用矩阵变换结构，能够代替现有技术中额外的pfc整流电路实现功率因数校正功能，进而可以省略现有技术中的pfc整流电路及相应的pfc电感和后级中间母线正负极之间的大容值电解电容，减少器件，提高功率密度；而且，省略了pfc整流电路后的单级变换结构，相比于现有技术减少了一级功率变换，进而可以提高变换效率，并简化控制方案。

技术特征：

1.一种单级三端口磁集成拓扑，其特征在于，包括：变压器、交流侧变换电路、高压侧变换电路及低压侧变换电路；其中，

2.根据权利要求1所述的单级三端口磁集成拓扑，其特征在于，所述矩阵变换结构为：三相结构、全桥结构或者半桥结构。

3.根据权利要求2所述的单级三端口磁集成拓扑，其特征在于，所述交流侧变换电路中受控的半桥桥臂，包括两个串联连接的双向开关；所述双向开关包括两个反向串联连接的开关管；

4.根据权利要求1所述的单级三端口磁集成拓扑，其特征在于，所述高压侧变换电路为：全桥电路或者半桥电路。

5.根据权利要求1所述的单级三端口磁集成拓扑，其特征在于，所述低压侧变换电路为：全桥电路，或者，级联连接的全波整流电路与降压电路。

6.根据权利要求1至5任一项所述的单级三端口磁集成拓扑，其特征在于，还包括：第一阻抗、第二阻抗及第三阻抗；

7.根据权利要求6所述的单级三端口磁集成拓扑，其特征在于，在所述单级三端口磁集成拓扑的开关频率下，所述第二阻抗的阻抗值小于所述第一阻抗的阻抗值以及所述第三阻抗的阻抗值，且所述第一阻抗和所述第三阻抗中任一者的阻抗值与所述第二阻抗的阻抗值之间的差值大于预设阈值。

8.根据权利要求6所述的单级三端口磁集成拓扑，其特征在于，所述第一阻抗的阻抗值为零，或者，所述第一阻抗为电感与电容中的至少一种；

9.根据权利要求8所述的单级三端口磁集成拓扑，其特征在于，所述第二阻抗的阻抗值为零，或者，所述第二阻抗为容量大于预设容量的电容。

10.根据权利要求8所述的单级三端口磁集成拓扑，其特征在于，所述第一阻抗和所述第三阻抗中的电感为：单电感，或者，所述变压器的集成电感或漏感。

11.一种车载充电机，其特征在于，包括：控制器和如权利要求1至10任一项所述的单级三端口磁集成拓扑；

12.一种车载充电机的控制方法，其特征在于，应用于如权利要求11所述的车载充电机的控制器，所述控制方法包括：

13.根据权利要求12所述的车载充电机的控制方法，其特征在于，所述外移相角，包括所述单级三端口磁集成拓扑中：

14.根据权利要求13所述的车载充电机的控制方法，其特征在于，在功率由所述单级三端口磁集成拓扑的交流侧向高压直流侧和低压直流侧传输时，所述第一角度相位差与所述第二角度相位差均大于零；

15.根据权利要求12所述的车载充电机的控制方法，其特征在于，所述单级三端口磁集成拓扑中的低压侧变换电路为全桥电路时，所述控制参数还包括：所述低压侧变换电路的内移相角。

16.根据权利要求12所述的车载充电机的控制方法，其特征在于，所述高压侧变换电路无内移相角。

17.根据权利要求12至16任一项所述的车载充电机的控制方法，其特征在于，所述单级三端口磁集成拓扑的交流侧变换电路中各半桥桥臂内：

技术总结
本申请提供一种单级三端口磁集成拓扑、车载充电机及其控制方法，单级三端口磁集成拓扑中，交流侧变换电路在实现对于单级三端口磁集成拓扑交流侧的电压极性变换处理的基础之上，通过采用矩阵变换结构，能够代替现有技术中额外的PFC整流电路实现功率因数校正功能，进而可以省略现有技术中的PFC整流电路及相应的PFC电感和后级中间母线正负极之间的大容值电解电容，减少器件，提高功率密度；而且，省略了PFC整流电路后的单级变换结构，相比于现有技术减少了一级功率变换，进而可以提高变换效率，并简化控制方案。而且，其高压侧通过低阻抗设计，可以控制高压侧变换电路实现变压器端口电压钳位，从而实现端口功率解耦，降低控制复杂度。

技术研发人员：王腾飞,庄加才,王昊,徐江涛,任天一
受保护的技术使用者：阳光电源股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/12