本發(fā)明涉及充放電設(shè)備領(lǐng)域，具體為一種基于有源鉗位反激電路的電流前饋型單級pfc快充應(yīng)用變換器。

背景技術(shù)：

1、隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，能源及環(huán)境問題也變得尤為嚴(yán)峻，傳統(tǒng)的不可再生資源將逐步被可再生能源替代，以實(shí)現(xiàn)雙碳目標(biāo)。而隨著便攜式移動設(shè)備的普及，寬增益范圍、高效率、高功率密度的大功率的快充也被需求。傳統(tǒng)的大功率快充采用兩級結(jié)構(gòu)，前級實(shí)現(xiàn)pfc功能，后級實(shí)現(xiàn)隔離型dc/dc功能，但兩級方案在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及效率上有一定的劣勢。而傳統(tǒng)的單級快充由于不具備pfc功能而輸入功率無法大于75w，且變換器工作于硬開關(guān)狀態(tài)，效率無法進(jìn)一步提升。

2、具體而言，一方面，傳統(tǒng)的兩級式快充方案，由于所有的能量都需要經(jīng)過兩級功率變換環(huán)節(jié)，效率取決于前級pfc級和后級隔離型dc/dc級效率的乘積，而且兩級式方案所用的器件及控制ic要多于單級方案。另一方面，傳統(tǒng)的單極式快充方案，由于其不具備pfc功能，輸入功率只能做到75w以下，而具備pfc功能的單級快充方案又由于輸入輸出功率的不匹配，導(dǎo)致在輸出上呈現(xiàn)出較大的二倍工頻紋波，且變換器開關(guān)處于硬開關(guān)工作模態(tài)，能量轉(zhuǎn)換效率較低。

3、在單級諧振型pfc變換器中，又由于llc無法實(shí)現(xiàn)較寬的增益范圍，諧振電感也通常需要外外加，增加了系統(tǒng)整體復(fù)雜性，因此，在快充變換器上的應(yīng)用受限。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種適合于寬輸入輸出范圍的單級pfc快充拓?fù)洳⑻岢銎淇刂品桨?，通過將boost?pfc電路結(jié)構(gòu)與有源鉗位反激電路進(jìn)行結(jié)合，使原有拓?fù)洳辉黾娱_關(guān)管，不增加控制的復(fù)雜度的同時(shí)，具備pfc功能，且不影響原本的軟開關(guān)工作狀態(tài)。從而提升變換器的功率密度，提高變換器效率。

2、本發(fā)明是采用如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：一種基于有源鉗位反激電路的電流前饋型單級pfc快充應(yīng)用變換器，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包含emi濾波電路、整流橋、bus電容cbus、隔離型諧振變換器、pfc電感l(wèi)pfc、輸出半波整流電路；emi濾波電路用來濾除諧波，pfc電感用以實(shí)現(xiàn)交流輸入側(cè)電流對電壓的跟蹤，整流橋?yàn)閜fc電感提供回流路徑和對bus電容cbus的充電；隔離型諧振變換器用以實(shí)現(xiàn)原副邊隔離和開關(guān)管的軟開關(guān)；所述隔離型諧振變換器包括諧振電容cr、隔離變壓器、變壓器漏感l(wèi)r、開關(guān)管q1和q2，其中，lr和cr構(gòu)成諧振腔；輸出半波整流電路包括位于隔離變壓器副邊側(cè)的sr管和輸出電容co。

3、有源鉗位反激電路，同時(shí)具備反激電路和llc諧振電路的優(yōu)點(diǎn)。不僅可以實(shí)現(xiàn)原副邊的軟開關(guān)，其還可以通過pwm控制，使得其具有寬的增益范圍。在有源鉗位反激電路的基礎(chǔ)上，加入電流前饋，在不增加功率開關(guān)管和增加控制復(fù)雜性的同時(shí)，能夠進(jìn)一步提升效率，減小變換器體積。

4、進(jìn)一步的，所述快充應(yīng)用變換器工作時(shí)按照時(shí)間段分為a、b、c、d、e、f、g七個(gè)階段，各階段工作模態(tài)如下：工作階段a[t1，t2]：此階段q2管開通，q1管保持關(guān)閉，lpfc和隔離變壓器原邊等效勵(lì)磁電感l(wèi)m上的電流線性增長，此時(shí)隔離變壓器副邊側(cè)的sr管受到原邊電壓鉗位，處于反向關(guān)斷狀態(tài)，由輸出電容co向負(fù)載r提供能量，諧振電容cr不參與諧振；

5、工作階段b[t2，t3]：此階段，q2關(guān)斷，q1管依舊保持關(guān)斷狀態(tài)，勵(lì)磁電流與lpfc電流同時(shí)向q1和q2的結(jié)電容進(jìn)行充放電，此過程結(jié)束于q1管的體二極管導(dǎo)通；

6、工作階段c[t3，t4]：此階段，q1實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)（zvs）開通，cr與lr進(jìn)行諧振，同時(shí)向副邊傳遞能量，lpfc由于所受電壓反向的原因，電流開始下降，此時(shí)交流輸入同時(shí)向cbus與副邊傳遞能量；

7、工作階段d[t4，t5]：t4時(shí)，諧振電流反向，cr儲存的能量向副邊釋放；

8、工作階段e[t5，t6]：在這個(gè)階段中，lpfc電感電流降為0，cr與lr進(jìn)行諧振，cbus電容將不再被充電；

9、工作階段f[t6，t7]：t6時(shí)刻，諧振電流等于勵(lì)磁電流，原邊停止向副邊傳遞能量，副邊側(cè)的sr管電流下降為0，實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)（zcs）關(guān)斷，此階段中，勵(lì)磁電感l(wèi)m與諧振電容cr一起諧振，輸出轉(zhuǎn)為co向負(fù)載提供能量；

10、工作階段g[t7，t8]：t7時(shí)刻，開關(guān)管q1關(guān)閉，反向的電流對開關(guān)管結(jié)電容進(jìn)行充放電，此階段結(jié)束于q2管的體二極管導(dǎo)通，下一個(gè)周期開始時(shí)刻，q2管將實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)（zvs）開通。

11、進(jìn)一步的，所述emi濾波電路輸出側(cè)正負(fù)極各通過一個(gè)二極管與電感l(wèi)pfc的一端相連接，lpfc的另一端連接至隔離變壓器的原邊側(cè)；整流橋包括兩對相互并聯(lián)且與cbus電容并聯(lián)的二極管，emi濾波電路輸出側(cè)正負(fù)極分別連接在整流橋兩對并聯(lián)二極管的中點(diǎn)；

12、諧振電容cr、開關(guān)管q1和q2相串聯(lián)后與cbus電容并聯(lián)，整流橋中成對的兩個(gè)二極管中，第一個(gè)二極管的負(fù)極與第二個(gè)二極管的正極相連接，第一個(gè)二極管的正極與q2管相連接，第二個(gè)二極管的負(fù)極通過lr與隔離變壓器原邊一端相連接，隔離變壓器原邊另一端連接在開關(guān)管q1和q2之間。

13、進(jìn)一步的，lpfc的另一端連接至隔離變壓器原邊側(cè)中心抽頭，通過調(diào)整中心抽頭的位置，均衡pfc效果與cbus上電壓應(yīng)力問題。

14、本發(fā)明在有源鉗位反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，合理的加入電流前饋支路，使得有源鉗位反激電路在不影響原本軟開關(guān)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)輸入電流的整形功能。同時(shí)簡化拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及簡化控制，使其通過傳統(tǒng)的pwm控制能同時(shí)實(shí)現(xiàn)輸出電壓調(diào)節(jié)和輸入電流對輸入電壓的自動追蹤。此單級拓?fù)溆捎谟性淬Q位反激電路的寬增益范圍，使得其適合寬輸入、寬輸出供電，且有源鉗位反激自身具有的諧振，可以使得原副邊開關(guān)管都工作于軟開關(guān)。有助于進(jìn)一步提升變換器效率和功率密度簡化系統(tǒng)復(fù)雜度。

技術(shù)特征：

1.一種基于有源鉗位反激電路的電流前饋型單級pfc快充應(yīng)用變換器，其特征在于：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包含emi濾波電路、整流橋、bus電容cbus、隔離型諧振變換器、pfc電感l(wèi)pfc、輸出半波整流電路；emi濾波電路用來濾除諧波，pfc電感用以實(shí)現(xiàn)交流輸入側(cè)電流對電壓的跟蹤，整流橋?yàn)閜fc電感提供回流路徑和對bus電容cbus的充電；隔離型諧振變換器用以實(shí)現(xiàn)原副邊隔離和開關(guān)管的軟開關(guān)；所述隔離型諧振變換器包括諧振電容cr、隔離變壓器、變壓器漏感l(wèi)r、開關(guān)管q1和q2，其中，lr和cr構(gòu)成諧振腔；輸出半波整流電路包括位于隔離變壓器副邊側(cè)的sr管和輸出電容co。

2.如權(quán)利要求1所述的一種基于有源鉗位反激電路的電流前饋型單級pfc快充應(yīng)用變換器，其特征在于，所述快充應(yīng)用變換器工作時(shí)按照時(shí)間段分為a、b、c、d、e、f、g七個(gè)階段，各階段工作模態(tài)如下：工作階段a[t1，t2]：此階段q2管開通，q1管保持關(guān)閉，lpfc和隔離變壓器原邊等效勵(lì)磁電感l(wèi)m上的電流線性增長，此時(shí)隔離變壓器副邊側(cè)的sr管受到原邊電壓鉗位，處于反向關(guān)斷狀態(tài)，由輸出電容co向負(fù)載r提供能量，諧振電容cr不參與諧振；

3.如權(quán)利要求1或2所述的一種基于有源鉗位反激電路的電流前饋型單級pfc快充應(yīng)用變換器，其特征在于，所述emi濾波電路輸出側(cè)正負(fù)極各通過一個(gè)二極管與電感l(wèi)pfc的一端相連接，lpfc的另一端連接至隔離變壓器的原邊側(cè)；整流橋包括兩對相互并聯(lián)且與cbus電容并聯(lián)的二極管，emi濾波電路輸出側(cè)正負(fù)極分別連接在整流橋兩對并聯(lián)二極管的中點(diǎn)；

4.如權(quán)利要求3所述的一種基于有源鉗位反激電路的電流前饋型單級pfc快充應(yīng)用變換器，其特征在于，lpfc的另一端連接至隔離變壓器原邊側(cè)中心抽頭，通過調(diào)整中心抽頭的位置，均衡pfc效果與cbus上電壓應(yīng)力問題。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及充放電設(shè)備領(lǐng)域，具體為一種基于有源鉗位反激電路的電流前饋型單級PFC快充應(yīng)用變換器。本發(fā)明拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包含EMI濾波電路、整流橋、BUS電容C<subgt;bus</subgt;、隔離型諧振變換器、PFC電感L<subgt;pfc</subgt;、輸出半波整流電路；EMI濾波電路用來濾除諧波，PFC電感用以實(shí)現(xiàn)交流輸入側(cè)電流對電壓的跟蹤，整流橋?yàn)镻FC電感提供回流路徑和對BUS電容C<subgt;bus</subgt;的充電；隔離型諧振變換器用以實(shí)現(xiàn)原副邊隔離和開關(guān)管的軟開關(guān)；所述隔離型諧振變換器包括諧振電容C<subgt;r</subgt;、隔離變壓器、變壓器漏感L<subgt;r</subgt;、開關(guān)管Q<subgt;1</subgt;和Q<subgt;2</subgt;，其中，L<subgt;r</subgt;和C<subgt;r</subgt;構(gòu)成諧振腔；輸出半波整流電路包括位于隔離變壓器副邊側(cè)的SR管和輸出電容C<subgt;o</subgt;。

技術(shù)研發(fā)人員：李欣芪,尚江,任春光,馬英杰,許可,赫亞鵬,馬志超,樊斌,楊軍軍,趙文龍,韓肖清
受保護(hù)的技術(shù)使用者：太原理工大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/8