一种直流充电桩电路的制作方法

本申请涉及充电桩与直流充电领域，具体涉及一种直流充电桩电路。

背景技术：

1、传统的充电桩结构一般是由一个交流电作为输入，然后有一个桥式整流电路通过此交流电，一般为不可控整流环节，随后经过一个简单的滤波电路后输入给dc/dc变换电路，得到稳定输出的直流电压。但是随着半导体工艺技术的不断进步，为了提高效率在充电电源中引入了无桥pfc 结构。无桥pfc 电路于充电结构中的ac/dc 结构并实现了小体积、高性能、低成本。通过三电平单向无桥pfc 电路结构，与传统两电平无桥pfc 电路相比有更低的开关损耗，提高电能利用率，减少谐波污染。并且传统dc/dc 变换电路所产生损耗会使其温度上升产生发热现象，严重影响着功率器件的使用寿命，同时带来极强的电磁干扰以至影响到其它重要电子元件的正常工作，双向dc/dc 变换电路可快速的切换功率传输方向使得电能可双向流动，适合于中等或大功率场合，尤其是电源的输入电压等级为高压场合，能够输出稳定电压。

2、如图1所示，为现有技术的无桥boost pfc电路，以芯片ucc28070为核心搭建了一个电压外环和两个电流内环，由于电压环与电流环速度匹配程度较差，其充电稳定性和效率较低。

3、如图2所示，为现有技术的充电保护电路，采用cmos集成工艺，集成度和耐压性较高，但其采用正反馈调节方式，容错能力较差，其次，其对电信号的实时反馈能力较弱，应用灵活程度较差。

技术实现思路

1、（一）技术问题

2、1. 现有技术的直流充电装置，充电稳定性差和效率较低。

3、2. 现有技术的直流充电装置，反馈能力较弱，应用灵活程度较差。

4、（二）技术方案

5、针对上述技术问题，本申请提出本申请涉及一种直流充电桩电路，包括改进型的无桥boost pfc电路、移相全桥式变换电路和保护电路。

6、改进型的无桥boost pfc电路：图3为此无桥pfc 电路的拓扑结构，从图3中可知此电路由两个功率开关管、四个二极管、两个滤波电感、一个滤波电容和一个采样电感组成。该电路可以看作是由两个boost pfc 电路组合而来，每个用于交流的半个周期，采用没有寄生二极管的功率开关管，而是让电流通过二极管d6、二极管d7 返回电源，对于电流的检测提供了方便，简化了检测电路，首先电流经开关管q1与升压电感 l1流过，此刻是开关管q1处于导通状态。然后一部分电流通过开关管 q2 的体二极管与电感l2流回至电源的负极，此外回流至电源负极的电流还有经二极管d7流回一部分，此时电路的负载能量为稳压电容c1自身储能提供。当电路中开关管q1处于截至状态时，电流首先流经的为负载与二极管d1，电流一部分流经开关管q2的体二极管至负极端，此外还有部分通过二极管 d4回流至电源负极。这时供能于负载的是电源和电感 l1。当电路处于负半周期时，其工作模式与正半周期时的分析类似。无桥 pfc 电路因其较低的导通损耗极大的提高了电路效率，电流相位与电压相位有很好的跟随性，因此直流充电桩中得到了极大的应用。

7、移相全桥式变换电路：移相全桥式变换电路的主拓扑结构的主要组成部分有四个功率开关q3、q4、q5、q6，功率开关管的寄生二极管，功率开关管寄生电容c3、c4、c5、c7，四个整流二极管d3、d4、d5、d8，l4是一谐振电感，它主要包含外接电感和变压器绕组漏感，输出滤波电感l4和滤波电容c6。关于开关管的电压应力，推挽式变换电路与正激变换电路相同，由于此电路中两个正激变换电路交错连接，所以与输出滤波环节的脉冲电压脉动频率相同。在硬件条件中采用单周期算法与平均电流算法性能的优劣，电路中实现了功率因数的提高，提升了整体效率。通过电流滞后环节进行控制，实现了过零畸变问题的解决。经驱动电路产生功率开关管的驱动信号。平均电流控制开关频率稳定，无需斜坡补偿，抗噪能力强，还可一定范围内调节电流环的增益，谐波畸变率也较小。通过此变换电路能够采用单环和双闭环两种控制策略，实现提高电能利用率，减少谐波污染。

8、保护电路：为保证可靠性，控制电路中应包含保护电路。保护电路有自身保护和负载保护两 种功能，出现故障时可立即使开关电流停止工作，并且发出警报，保证任何情况均可 保护自身又可保护负载。除了输入电路的保护，还有负载保护需要加入，即过电压保护和过流短路保护。使得主功率管不致烧毁，保护电路采用电阻r4、r5、r6、r7、r8、r9、r10、r11分担功率因数，然后经过电阻r12和电阻r14分压后输放大器入u2.1，通过电阻r15进行信号反馈，通过限流电阻r16后再由电阻r17、电阻r18稳定电压，输入至放大器u2.2射随器电路，由电阻r20、稳定输出保护信号。当出现过电压和过流时，输出信号为故障状态锁存，输出一直维持在高电平。对于稳定前级电路和提供相应有效地保护功能，这也是直流充电桩设计不可或缺的。

9、此设计通过改进的无桥pfc实现稳定功率输出控制，简化了控制策略，通过变换电路提高了充电功率因数，通过保护电路提高了控制的有效性和及时性。

10、（三）有益效果

11、本申请涉及一种直流充电桩电路，首先提高了直流充电桩的效率，并且能够高效提供稳定可靠的充电输出功率；其次，提高了直流充电控制的灵活性，和保护反馈的及时性。

技术特征：

1.一种直流充电桩电路，包括改进型的无桥boost pfc电路、移相全桥式变换电路和保护电路，其特征在于：所述改进型的无桥boost pfc电路包括输入端l、n，二极管d6、d7、d1、d2，电阻r1、r2，电容c1，功率开关管q1、q2，所述改进型的无桥boost pfc电路中输入端口l、n分别与电感l1的一端、电感l2的一端连接，电感l1的另一端分别与二极管d6的负极、二极管d1的正极、功率开关管q1的漏端连接，电感l2的另一端分别与二极管d7的负极、二极管d2正极、功率开关管q2的源端连接，二极管d6的正极分别与二极管d7的正极、电阻r2的一端连接，电阻r2的另一端分别与功率开关管q1的源端、功率开关管q2的漏端、电容c1的一端、电阻r1的一端连接，电容c2的另一端分别与电阻r1的另一端、二极管d2的负极、二极管d1的负极连接。

2.根据权利要求1所述的一种直流充电桩电路，其特征在于：所述移相全桥式变换电路包括直流电源b1，电容c2、c3、c4、c5、c7，电感l3，功率开关管q3、q4、q5、q6，变压器u1，所述移相全桥式变换电路中直流电源b1的1号接口分别与电容c2的一端、功率开关管q3的漏端、电容c4的一端、功率开关管q5的漏端、电容c5的一端连接，直流电源b1的1号接口分别与电容c2的另一端、功率开关管q4的源端、电容c3的一端、功率开关管q6的源端、电容c7的一端连接，电容c4的另一端分别与功率开关管q3的源端、电感l3的一端、功率开关管q4的漏端、电容c3的另一端连接，电容c5的另一端分别与功率开关管q5的源端、功率开关管q6的漏端、电容c7的另一端、变压器u1原级线圈的2号接口连接，变压器u1原级线圈u1的1号接口与电感l3的另一端连接。

3.根据权利要求1所述的一种直流充电桩电路，其特征在于：所述移相全桥式变换电路包括变压器u1，二极管d3、d4、d5、d8，电容c6，电阻r3，电感l4，所述移相全桥式变换电路中变压器u1的副级线圈的4号接口分别与二极管d3的正极、二极管d5的负极连接，变压器u1的副级线圈的3号接口分别与二极管d4的正极、二极管d8的负极连接，二极管d3的负极分别与二极管d4的负极、电感l4的一端连接，电感l4的另一端分别与电容c6的一端、电阻r3的一端连接，二极管d5的正极分别与二极管d8的正极、电容c6的另一端、电阻r3的另一端连接。

4.根据权利要求1所述的一种直流充电桩电路，其特征在于：所述保护电路包括输入端口v+、v-，电阻r4、r5、r6、r7、r12、r8、r9、r10、r11、r13、r14、r15，电容c8、c9，放大器u2.1，所述保护电路中输入端口v+与电阻r4的一端连接，电阻r4的另一端与电阻r5的一端连接，电阻r5的另一端与电阻r6的一端连接，电阻r6的另一端与电阻r7的一端连接，电阻r7的另一端与电阻r12的一端连接，电阻r12的另一端分别与电阻r14的一端、电容c9的一端、放大器u2.1的2号接口连接，电阻r14的另一端接地，电容c9的另一端接地，所述保护电路中输入端口v-与电阻r8的一端连接，电阻r8的另一端与电阻r9的一端连接，电阻r9的另一端与电阻r10的一端连接，电阻r10的另一端与电阻r11的一端连接，电阻r11的另一端与电阻r13的一端连接，电阻r13的另一端分别与电阻r15的一端、电容c8的一端、放大器u2.1的3号接口连接，电阻r15的另一端与放大器u2.1的1号接口连接，电容c8的另一端与放大器u2.1的1号接口连接，放大器u2.1的8号接口与高电平vcc连接，放大器u2.1的4号接口接地。

5.根据权利要求1所述的一种直流充电桩电路，其特征在于：所述保护电路输出端口vout,放大器u2.1、u2.2，电阻r16、r18、r20、r17，电容c10，所述保护电路中放大器u2.1的1号接口与电阻r16的一端连接，电阻r16的另一端分别与电容c10的一端、电阻r18的一端、电阻r17的一端、放大器u2.2的6号接口连接，电容c10的另一端接地，电阻r18的另一端接地，电阻r17的另一端与高电平vcc连接，放大器u2.2的5号接口与放大器u2.2的7号接口连接，放大器u2.2的7号接口还与电阻r20的一端连接，电阻r20的另一端与输出端口vout连接。

技术总结
本申请涉及一种直流充电桩电路，包括改进型的无桥Boost PFC电路、移相全桥式变换电路和保护电路。改进型的无桥Boost PFC电路降低了导通损耗，提高了电路效率，保证了电流相位与电压相位良好的跟随性，能够在多种功率下良好工作，应用场合广泛，其电路控制简单，并能够高效稳定地提供充电输出功率；移相全桥式变换电路提高了直流充电控制的灵活性，实现了平滑切换两种调制方法，使得电路导通损耗降低，响应速度加快，保证了其可靠性和高功率因数；保护电路能够使得路控制实现闭环调节，解决了当输入的电压存在扰动时，对反馈和输出电压带来的延迟影响，提高了电路的及时性。

技术研发人员：元亮,苗桂喜,王鑫,孙浩然,席晟哲,连勇,舒逸石,赵悠悠,王琪,张芳,孙大江,王刚,郑惠瀛,孟红杰,王丽晔,白方亮,艾学伟,赵会勇
受保护的技术使用者：国网河南省电力公司安阳供电公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13