一种集成DC/DC转换器的车载充电机主电路及其控制环路制造技术

本实用新型专利技术提出了一种新型的集成DC/DC转换器的车载充电机主电路及其控制环路，将DC/DC转换器与车载OBC做电气集成，并且能实现车载OBC双向传能；另外在蓄电池侧采用同步整流+PWM脉宽调制发波的控制策略，更大限度提高DC/DC功能模块效率；并使整机体积大幅度减小、成本明显降低、功率密度显著提高、可靠性进一步提升。

【技术实现步骤摘要】
一种集成DC/DC转换器的车载充电机主电路及其控制环路
本技术涉及一种车载充电机，更具体的涉及一种集成DC/DC转换器的车载充电机主电路及其控制环路。
技术介绍
近年来，随着电动汽车行业的蓬勃发展，车载电子设备呈小型化、集成化、高功率密度化的趋势。特别是车载OBC(OnBoardCharge)充电机和车载DC/DC，作为整个电动汽车的电能转换核心部件，迫切需求小型化、高度集成化。图1为目前常用的车载OBC和车载DC/DC实现物理集成的方案，该方案虽然节省了部分结构件和端口配线，但仍需要大量的电气元件，成本高、体积大，集成化程度较低。如图1所示，市电输入通过EMC滤波电路、单相整流电路、PFC功率校正电路、OBC输入侧开关电路进入OBC主变压器，再通过OBC输出侧整流电路、OBC输出滤波电路将能量传递给动力电池组，动力电池组将能量通过DC/DC输入侧EMC滤波电路、DC/DC输入侧开关电路传递给DC/DC主变压器，并通过DC/DC主变压器将能量通过DC/DC输出侧整流电路、DC/DC输出侧滤波电路传输给蓄电池及负载。现有的电气集成方案只能实现电池充电的单一功能，并不能满足现实的多样化需求。
技术实现思路
本提出一种新型的集成DC/DC转换器的车载充电机主电路及其控制环路，将DC/DC转换器与车载OBC做电气集成，实现了整机体积大幅度减小、成本明显降低、功率密度显著提高、可靠性进一步提升。同时，本技术能实现交流输入侧电网与直流侧动力电池组之间的能量双向传递，具备双向车载OBC功能。本技术的充电机主电路，如图2所示，市电通过该集成DC/DC转换器的车载充电机主电路与动力电池组进行能量双向传递，其中该集成DC/DC转换器的车载充电机主电路包括OBC/DCDC主变压器以及DC/DC输出侧整流电路，OBC/DCDC主变压器将能量传递给DC/DC输出侧整流电路，DC/DC输出侧整流电路将能量传递给汽车蓄电池及负载，该集成DC/DC转换器的车载充电机主电路包括电动汽车充电状态、动力电池组给蓄电池供电状态以及汽车动力电池组能量回馈电网的三种工作状态。其中OBC/DCDC主变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组，原边绕组为市电输入侧，第一副边绕组输出连接汽车动力电池组，第二副边绕组输出连接车载蓄电池；DC/DC输出侧整流电路包括共源极结构的晶体管Q9、Q10和Q11、Q12，晶体管Q9、Q10、Q11和Q12构成全波整流，与第二副边绕组串联，与输出车载蓄电池侧电解电容Cout并联，提供车载蓄电池输出电压Vbat_Pb；晶体管Q1、Q2、Q3、Q4构成CLLC输入侧开关与母线大电解电容C_bus并联，原边绕组与电磁继电器RLY1、输入侧谐振电感Lr1，输入侧谐振电容Cr1串联，跨接到晶体管Q1、Q2、Q3、Q4构成的输入侧开关上；晶体管Q5、Q6、Q7、Q8构成CLLC输出动力电池组侧全桥整流电路，与动力电池组侧电解电容Co_bat并联，输出Vbat_Li给动力电池组充电，第一副边绕组、输出动力电池组侧谐振电感Lr2，输出动力电池组侧谐振电容Cr2串联，并跨接到晶体管Q5、Q6、Q7、Q8构成CLLC输出动力电池组侧全桥整流电路中。本技术还提供了一种用于控制权利要求1-8的集成DC/DC转换器的车载充电机主电路的控制环路，包括主控制MCU、隔离电路、驱动电路、采样电路、继电器以及晶体管Q1-Q12，采用CLLC双向控制以及蓄电池侧同步整流控制上叠加PWM脉宽调整控制，实现对集成DC/DC转换器的车载充电机主电路的双环路控制。其中采样电路包括原边采样、动力电池组侧主环路采样、蓄电池侧环路采样。附图说明图1为现有技术的车载OBC+DC/DC物理集成方式；图2为本技术的车载OBC+DC/DC电气集成方式；图3为本技术的车载OBC+DC/DC电气集成方案主电路拓扑；图4为本技术的OBC+DC/DC主电路控制环路；图5为主电路控制环路在工作状态1的发波方式；图6为主电路控制环路在工作状态2发波方式；图7为主电路控制环路在工作状态3发波方式。具体实施方式本技术采用双向CLLC控制技术，在主变压器增加一个副边绕组作为DC/DC输出侧绕组，给蓄电池及负载供电，来实现OBC与DC/DC电气集成。具体实施电路如图3所示。图3拓扑器件说明：T1为车载OBC+DC/DC集成的主变压器，包含三个绕组，原边绕组1为市电输入侧，副边绕组2输出连接汽车动力电池组，副边绕组3输出连接车载蓄电池；C_bus为母线大电解电容，Co_bat为动力电池组侧电解电容，Cout为输出车载蓄电池侧电解电容；Q1、Q2、Q3、Q4为CLLC输入侧开关N型MOSFET，Q5、Q6、Q7、Q8为CLLC输出动力电池组侧全桥整流N型MOSFET，Q9、Q10、Q11、Q12为输出蓄电池侧全波整流N型MOSFET，Q9和Q10、Q11和Q12采用共源极结构；RLY1为电磁继电器；Lr1为输入侧谐振电感，Cr1为输入侧谐振电容；Lr2为输出动力电池组侧谐振电感，Cr2为输出动力电池组侧谐振电容。本技术的控制策略如下：工作状态1：当电动汽车处于充电状态此时继电器RLY1闭合，输入前级整流电路和PFC电路将220Vac交流电压转变成稳定的Vbus直流电压，主变压器T1的原边绕组1为能量输入侧，副边绕组2和副边绕组3为输出侧。Q1、Q2、Q3、Q4为全桥CLLC控制向副边传能；Q5、Q6、Q7、Q8为输出同步整流控制，输出Vbat_Li给动力电池组充电；Q9和Q10、Q11和Q12通过同步整流+PWM调节来控制输出电压Vbat_Pb，给车载蓄电池充电。从而实现了车载OBC功能。工作状态2：动力电池组给蓄电池供电状态此时继电器RLY1断开，原边绕组1处于开路状态，副边绕组2为能量输入侧，副边绕组3为输出侧。关闭Q1、Q2、Q3、Q4驱动，使原边处于完全断开状态；此时Q5、Q6、Q7、Q8为输入全桥LLC控制的开关管，汽车动力电池组处于放电状态；Q9和Q10、Q11和Q12通过同步整流输出稳定的电压Vbat_Pb，给车载蓄电池充电，从而实现车载DC/DC变换器的功能。工作状态3：汽车动力电池组能量回馈电网此时继电器RLY1闭合，原边绕组1为能量回馈电网输出侧，副边绕组2为动力电池组能量输入侧，副边绕组3为车载蓄电池充电输出侧，Q5、Q6、Q7、Q8为输入全桥CLLC控制的开关管，动力电池组处于放电状态，将能量回馈电网；Q1、Q2、Q3、Q4为全桥同步整流控制，输出控制输出母线电压Vbus；此时Q9和Q10、Q11和Q12可以处于断开状态，也可以通过全波同步整流+PWM调节控制输出稳定电压Vbat_Pb，给车载蓄电池充电。从而实现双向OBC功能，将动力电池组的能量回馈电网。为了实现本技术的技术方案，让更多的工程技术工作者容易了解和应用本技术，将结合具体的实施方式以及控制方案，进一步阐述本技术的工作原理。本技术是一种应用于电动汽车车载电源的OBC和DC/DC集成拓扑，将实现车载OBC和DC/DC电气集成，改善了现有的车载电源功能单一、器件数量庞大、制造成本高、占用体积大等缺点。并且将实现双向车载OBC功能，在电网给电动汽车本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种集成DC/DC转换器的车载充电机主电路，市电通过该集成DC/DC转换器的车载充电机主电路与动力电池组进行能量双向传递，其特征在于，该集成DC/DC转换器的车载充电机主电路包括OBC/DCDC主变压器以及DC/DC输出侧整流电路，OBC/DCDC主变压器将能量传递给DC/DC输出侧整流电路，DC/DC输出侧整流电路将能量传递给汽车蓄电池及负载，该集成DC/DC转换器的车载充电机主电路包括电动汽车充电状态、动力电池组给蓄电池供电状态以及汽车动力电池组能量回馈电网的三种工作状态。

【技术特征摘要】
1.一种集成DC/DC转换器的车载充电机主电路，市电通过该集成DC/DC转换器的车载充电机主电路与动力电池组进行能量双向传递，其特征在于，该集成DC/DC转换器的车载充电机主电路包括OBC/DCDC主变压器以及DC/DC输出侧整流电路，OBC/DCDC主变压器将能量传递给DC/DC输出侧整流电路，DC/DC输出侧整流电路将能量传递给汽车蓄电池及负载，该集成DC/DC转换器的车载充电机主电路包括电动汽车充电状态、动力电池组给蓄电池供电状态以及汽车动力电池组能量回馈电网的三种工作状态。2.根据权利要求1所述的集成DC/DC转换器的车载充电机主电路，其特征在于，OBC/DCDC主变压器包括原边绕组、第一副边绕组和第二副边绕组，原边绕组为市电输入侧，第一副边绕组输出连接汽车动力电池组，第二副边绕组输出连接车载蓄电池；DC/DC输出侧整流电路包括共源极结构的晶体管Q9、Q10和Q11、Q12，晶体管Q9、Q10、Q11和Q12构成全波整流，与第二副边绕组串联，与输出车载蓄电池侧电解电容Cout并联，提供车载蓄电池输出电压Vbat_Pb；晶体管Q1、Q2、Q3、Q4构成CLLC输入侧开关与母线大电解电容C_bus并联，原边绕组与电磁继电器RLY1、输入侧谐振电感Lr1，输入侧谐振电容Cr1串联，跨接到晶体管Q1、Q2、Q3、Q4构成的输入侧开关上；晶体管Q5、Q6、Q7、Q8构成CLLC输出动力电池组侧全桥整流电路，与动力电池组侧电解电容Co_bat并联，输出Vbat_Li给动力电池组充电，第一副边绕组、输出动力电池组侧谐振电感Lr2，输出动力电池组侧谐振电容Cr2串联，并跨接到晶体管Q5、Q6、Q7、Q8构成CLLC输出动力电池组侧全桥整流电路中。3.根据权利要求2所述的集成DC/DC转换器的车载充电机主电路，其特征在于，晶体管Q1至Q12均为N型MOSFET。4.根据权利要求2所述的集成DC/DC转换器的车载充电机主电路，其特征在于，当电动汽车处于充电状态时，继电器RLY1闭合，输入前级整流电路和PFC电路将220Vac交流电压转变成稳定的Vbus直流电压，主变压器的原边绕组为能量输入侧，第一副边绕组和第二副边绕组为输出侧，Q1、Q2、Q3、Q4为全桥CLLC控制向副边传能；Q5、Q6、Q7、Q8为输出同步整流控制，输出Vbat_Li给动力电池组充电；Q9和Q10、Q11和Q12通过同步整流以及PWM调节来控制输出电压Vbat_Pb，给车载蓄电池充电，从而实现了车载OBC功能。5.根据权利要求2所述的集成DC/DC转换器的车载充电机主电路，其特征在于，当动力电池组给蓄电池供电时，继电器RLY1断开，原边绕组处于开路状态，第一副边绕组为能量输入侧，第二副边绕组为输出侧，关闭Q1、Q2、Q3、Q4驱动，使原边处于完全断开状态；此时Q5、Q6、Q7、Q8为输入全桥LLC控制的开关管，汽车动力电池组处于放电状态；Q9和Q10、Q11和Q12通过同步整流输出稳定的电压Vbat...

【专利技术属性】
技术研发人员：张凯旋，胡烨，朱建国，李晨光，
申请(专利权)人：深圳市永联科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：广东,44