一种功率因数校正电路和应用其的电动汽车用交流充电器制造技术

本发明专利技术涉及一种功率因数校正电路，包括两组并联且交替工作的Boost电路和输出对应不同工作模式的控制信号来控制Boost电路的控制电路：工作模式包括定频模式、变频模式和跳频模式；采用定频模式时，两组Boost电路接收的控制信号为采用最大频率的定频PWM信号；采用变频模式时，两组Boost电路接收的控制信号为依据对应的电感电流是否达到参考幅值的变频PWM信号；跳频模式时，两组Boost电路接收的控制信号为仅在AC/DC变换器的输出电压下降到设定的电压阈值时输出的一系列脉冲信号。本发明专利技术还涉及采用上述功率因数校正电路的电动汽车用交流充电器。本发明专利技术通过在不同负载区间采取不同控制策略的方式，使得交流充电器的功率因数校正级在全负载范围内都保持高效率。

A Power Factor Correction Circuit and Its Application to AC Charger for Electric Vehicle

The invention relates to a power factor correction circuit, which comprises two groups of parallel and alternate Boost circuits and control signals output corresponding to different working modes to control the Boost circuit: the working mode includes fixed frequency mode, frequency conversion mode and frequency hopping mode; when the fixed frequency mode is adopted, the control signals received by the two groups of Boost circuits are fixed frequency PWM signals with the maximum frequency; When using frequency conversion mode, the control signals received by two Boost circuits are based on whether the inductance current reaches the reference amplitude or not. In frequency hopping mode, the control signals received by two Boost circuits are a series of pulse signals only when the output voltage of AC/DC converter falls to the set voltage threshold. The invention also relates to an AC charger for electric vehicles using the above power factor correction circuit. By adopting different control strategies in different load intervals, the power factor correction stage of the AC charger maintains high efficiency in the full load range.

【技术实现步骤摘要】
一种功率因数校正电路和应用其的电动汽车用交流充电器
本专利技术涉及电力电子
，尤其涉及一种电动汽车交流充电器和其中的功率因数校正电路。
技术介绍
随着能源短缺成为全球性的危机之一，现今主要的使用化石燃料的车辆正逐渐被电动汽车所替代。但是，由于电池能量密度的限制，电动汽车的续航里程一直饱受诟病。为了解决这个问题，一种行之有效的方法是建立起分布广泛、使用方便的充电设施。迄今为止，电动汽车的充电设施主要分为交流充电器和直流充电桩。其中，交流充电器通常是低于15kW的车载AC/DC变换器，适合商用、户用等慢速充电场景；而通常低于250kW的独立式直流充电桩则更适合高速道路等需要快速充电的场景。对于电动汽车的交流充电器而言，一般的架构是具有功率因数校正功能的AC/DC加上具有电气隔离和降压功能的DC/DC。而作为电动汽车的动力来源，锂电池的充电特性通常包含预充电、恒流和恒压三个阶段。为了实现每个阶段的高能效转换，交流充电器中的功率因数校正级在全负载范围内都应保持较高效率。目前常用的功率因数校正拓扑有：交错并联式Boost变换器，该拓扑具有输入、输出电流纹波小，EMI滤波器简单，效率高的特点；无桥Boost变换器，其将整流桥中的两颗二极管用MOSFET来替代，提升了效率，简化了电路结构；半无桥Boost变换器，其较好地改善了无桥Boost变换器中存在的EMI干扰问题。以上提及的研究工作几乎都致力于通过硬件结构的改善来提升转换效率，仅在某个负载点或某段负载区间效果显著，但无法兼顾全负载范围。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种能够在全负载范围内都保持高效率的功率因数校正电路和应用其的电动汽车用交流充电器。为达到上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种功率因数校正电路，应用于电动汽车用交流充电器的AC/DC变换器中，所述AC/DC变换器包括AC/DC变换电路，所述功率因数校正电路的输入端与所述AC/DC变换电路相连接，所述功率因数校正电路的输出端形成所述AC/DC变换器的输出端并连接负载，其特征在于：所述功率因数校正电路包括：两组Boost电路，两组所述Boost电路并联，所述Boost电路的输入端与所述AC/DC变换电路相连接，所述Boost电路的输出端连接所述负载，所述Boost电路包括电感、主控管和蓄流管，两组所述Boost电路中的主控管基于各自对应的控制信号而接通或关断，实现两组所述Boost电路交替工作；控制电路，所述控制电路根据所述AC/DC变换器的负载功率P的大小而输出对应不同工作模式的所述控制信号分别给两组所述Boost电路的主控管；所述工作模式包括定频模式、变频模式和跳频模式；当所述AC/DC变换器的负载功率P≥第一负载边界值时，采用所述定频模式，两组所述Boost电路接收的所述控制信号为所述控制电路输出的采用设定的最大频率的定频PWM信号；当第一负载边界值＞所述AC/DC变换器的负载功率P≥第二负载边界值时，采用所述变频模式，两组所述Boost电路接收的所述控制信号为所述控制电路依据对应的电感电流是否达到参考幅值而输出的变频PWM信号；当所述AC/DC变换器的负载功率P＜第二负载边界值时，采用所述跳频模式，两组所述Boost电路接收的所述控制信号为所述控制电路仅在所述AC/DC变换器的输出电压下降到设定的电压阈值时输出的一系列脉冲信号；所述AC/DC变换器的满载功率＞第一负载边界值＞第二负载边界值。优选的，所述控制电路包括：用于采集所述AC/DC变换器的输出电压并输出电压信号的输出电压采样模块；用于根据所述AC/DC变换器的负载功率P与其中设定阈值的比较结果输出对应模式选择信号的多阈值比较单元；用于根据当前所述模式选择信号或者根据当前所述模式选择信号和采集所述电感电流获得的电流信号/所述电压信号输出对应所述控制信号的信号输出模块；所述输出电压采样模块的输入端与所述Boost电路的输出端相连接，所述多阈值比较单元的输入端与所述采样模块的输出端相连接，所述信号输出模块的输入端分别与所述多阈值比较单元、所述Boost电路、所述输出电压采样模块相连接，所述信号输出模块的输出端分别与两组所述Boost电路的主控管相连接。优选的，所述信号输出模块包括用于产生一组所述Boost电路中的主控管对应的所述定频PWM信号或所述变频PWM信号的PWM比较器、延迟电路、用于产生一组所述Boost电路中的主控管对应的所述一系列脉冲信号的Ton发生器，所述PWM比较器的输入端分与所述Boost电路、所述电压采样模块相连接而输入所述Boost电路的输入电压和输出电压的乘积信号、所述电流信号、依据所述电流信号得到的主控管开通信号，所述输出电压信号经由所述模式选择信号控制的第一开关而接入所述PWM比较器，所述主控管开通信号经由所述模式选择信号控制的第二开关而接入所述PWM比较器，所述PWM比较器的输出端分为两路，一路接入一组所述Boost电路，另一路经延迟电路后接入另一组所述Boost电路；所述Ton发生器的输入端与所述多阈值比较单元相连接，输出端连接至所述PWM比较器的输出端。优选的，所述信号输出模块还包括用于采集所述电感电流并输出所述电流信号的电流采样电路、用于判断所述Boost电路中主控管开通状态并输出所述主控管开通信号的过零检测电路、用于实现所述Boost电路的输入电压和输出电压相乘计算并输出所述乘积信号的乘法器，所述电流采样电路的输入端与所述Boost电路相连接，所述电流采样电路的一路输出端与所述PWM比较器的一路输入端相连接，所述过零检测电路的输入端与所述电流采样电路的另一路输出端相连接，所述过零检测电路的输出端经所述第二开关而与所述PWM比较器的另一路输入端相连接，所述乘法器的一路输入端与所述Boost电路的输入端相连接，所述输出电压采样模块的输出端经所述第一开关与所述乘法器的另一输入端相连接，所述乘法器的输出端与所述PWM比较器的再一输入端相连接。优选的，所述电流采样电路与一组所述Boost电路相连接。优选的，所述电流采样电路与一组所述Boost电路中所述主控管的源极相连接。优选的，所述主控管为硅基MOSFET、碳化硅MOSFET、基于硅基底的氮化镓MOSFET、氮化镓MOSFET或砷化镓MOSFET。优选的，所述蓄流管为快速恢复二极管、超快恢复二极管或碳化硅二极管。优选的，所述变频模式对应预设有最低频率，所述变频PWM信号的频率大于或等于所述最低频率。一种电动汽车用交流充电器，包括具有功率因数校正功能的AC/DC变换器，所述AC/DC变换器包括AC/DC变换电路、与所述AC/DC变换器相连接的功率因数校正电路，所述功率因数校正电路采用前述的功率因数校正电路。由于上述技术方案运用，本专利技术与现有技术相比具有下列优点：本专利技术采用多模式控制策略，通过在不同负载区间采取不同控制策略的方式，使得交流充电器的功率因数校正级在全负载范围内都保持高效率。附图说明附图1为本专利技术的电动汽车用交流充电器中具有功率因数校正功能的AC/DC变换器的电路原理图。具体实施方式下面结合附图所示的实施例对本专利技术作进一步描述。实施例一：电动汽车用交流充电器，包括具有功率因数校正功能的AC/DC变换器和具有电气隔离和降压功能的DC/DC变换本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率因数校正电路，应用于电动汽车用交流充电器的AC/DC变换器中，所述AC/DC变换器包括AC/DC变换电路，所述功率因数校正电路的输入端与所述AC/DC变换电路相连接，所述功率因数校正电路的输出端形成所述AC/DC变换器的输出端并连接负载，其特征在于：所述功率因数校正电路包括：两组Boost电路，两组所述Boost电路并联，所述Boost电路的输入端与所述AC/DC变换电路相连接，所述Boost电路的输出端连接所述负载，所述Boost电路包括电感、主控管和蓄流管，两组所述Boost电路中的主控管基于各自对应的控制信号而接通或关断，实现两组所述Boost电路交替工作；控制电路，所述控制电路根据所述AC/DC变换器的负载功率P的大小而输出对应不同工作模式的所述控制信号分别给两组所述Boost电路的主控管；所述工作模式包括定频模式、变频模式和跳频模式；当所述AC/DC变换器的负载功率P≥第一负载边界值时，采用所述定频模式，两组所述Boost电路接收的所述控制信号为所述控制电路输出的采用设定的最大频率的定频PWM信号；当第一负载边界值＞所述AC/DC变换器的负载功率P≥第二负载边界值时，采用所述变频模式，两组所述Boost电路接收的所述控制信号为所述控制电路依据对应的电感电流是否达到参考幅值而输出的变频PWM信号；当所述AC/DC变换器的负载功率P＜第二负载边界值时，采用所述跳频模式，两组所述Boost电路接收的所述控制信号为所述控制电路仅在所述AC/DC变换器的输出电压下降到设定的电压阈值时输出的一系列脉冲信号；所述AC/DC变换器的满载功率＞第一负载边界值＞第二负载边界值。...

【技术特征摘要】
1.一种功率因数校正电路，应用于电动汽车用交流充电器的AC/DC变换器中，所述AC/DC变换器包括AC/DC变换电路，所述功率因数校正电路的输入端与所述AC/DC变换电路相连接，所述功率因数校正电路的输出端形成所述AC/DC变换器的输出端并连接负载，其特征在于：所述功率因数校正电路包括：两组Boost电路，两组所述Boost电路并联，所述Boost电路的输入端与所述AC/DC变换电路相连接，所述Boost电路的输出端连接所述负载，所述Boost电路包括电感、主控管和蓄流管，两组所述Boost电路中的主控管基于各自对应的控制信号而接通或关断，实现两组所述Boost电路交替工作；控制电路，所述控制电路根据所述AC/DC变换器的负载功率P的大小而输出对应不同工作模式的所述控制信号分别给两组所述Boost电路的主控管；所述工作模式包括定频模式、变频模式和跳频模式；当所述AC/DC变换器的负载功率P≥第一负载边界值时，采用所述定频模式，两组所述Boost电路接收的所述控制信号为所述控制电路输出的采用设定的最大频率的定频PWM信号；当第一负载边界值＞所述AC/DC变换器的负载功率P≥第二负载边界值时，采用所述变频模式，两组所述Boost电路接收的所述控制信号为所述控制电路依据对应的电感电流是否达到参考幅值而输出的变频PWM信号；当所述AC/DC变换器的负载功率P＜第二负载边界值时，采用所述跳频模式，两组所述Boost电路接收的所述控制信号为所述控制电路仅在所述AC/DC变换器的输出电压下降到设定的电压阈值时输出的一系列脉冲信号；所述AC/DC变换器的满载功率＞第一负载边界值＞第二负载边界值。2.根据权利要求1所述的一种功率因数校正电路，其特征在于：所述控制电路包括：用于采集所述AC/DC变换器的输出电压并输出电压信号的输出电压采样模块；用于根据所述AC/DC变换器的负载功率P与其中设定阈值的比较结果输出对应模式选择信号的多阈值比较单元；用于根据当前所述模式选择信号或者根据当前所述模式选择信号和采集所述电感电流获得的电流信号/所述电压信号输出对应所述控制信号的信号输出模块；所述采样模块的输入端与所述Boost电路的输出端相连接，所述多阈值比较单元的输入端与所述输出电压采样模块的输出端相连接，所述信号输出模块的输入端分别与所述多阈值比较单元、所述Boost电路、所述输出电压采样模块相连接，所述信号输出模块的输出端分别与两组所述Boost电路的主控管相连接。3.根据权利要求2所述的一种功率因数校正电路，其特征在于：所述信号输出模块包括用于产生一组所述Boost电路中的主控管对应的所述定频PWM信号或所述变频PWM信号的PWM比较器、延迟电路、用于产生...

【专利技术属性】
技术研发人员：张玮，钱科军，沈杰，刘乙，宋杰，周赣，
申请(专利权)人：国网江苏省电力有限公司苏州供电分公司，国电南瑞科技股份有限公司，东南大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32