一种应用于电动汽车充电桩的变流电路及变流系统的制作方法

1.本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种应用于电动汽车充电桩的变流电路及变流系统。


背景技术：

2.电动汽车以蓄电池及直流电作为动力来源，需要用充电桩定期对蓄电池进行充电，而在现有技术中，对比文件1(cn201910039635.5)公开了一种应用于电动汽车快速充电的电能变换装置，但是此种方案存在如下问题：
3.此方案通过三组级联型交-交变流器、三个三绕组隔离型变压器、两组三相二极管整流桥、平衡抗电器组成12脉波并联型整流器，输出大电流并提高电池的充电速度，但此种电路所涉及的开关器件个数多，使用成本高。


技术实现要素：

4.本发明针对现有技术中电路涉及的开关器件个数多，使用成本高，提供了一种应用于电动汽车充电桩的变流电路及其变流系统，大大减少了变流电路的元器件个数，且输出的直流电压可根据需要进行调节，以适配不同供电需求的电动汽车。
5.本发明提供一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，包括依次相连接的变压器、二极管整流电路和斩波电路，其主要特点是，变压器的输入端用于输入三相交流电压，变压器的输出端与二极管整流电路的输入端相连接，二极管整流电路的输出端用于输出第一直流电压，斩波电路的输入端与二极管整流电路的输出端相连接，斩波电路的输出端用于输出为电动汽车供电的可调直流电压，其中变压器为二次绕组变压器。本发明在输入三相交流电压之后，仅需变压器、二极管整流电路和斩波电路即可实现供电，大大减少了电路元器件个数。另外，通过斩波电路，可将电压恒定的直流电压变换为电压可调的直流电为不同充电需求的电动汽车供电，大大减少了电路器件个数。另外，通过斩波电路，可将电压恒定的直流电压变换为电压可调的直流电，以适配不同充电需求的电动汽车。
6.优选地，本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，斩波电路包括至少两路igbt回路，每路igbt回路之间互相并联，且每路igbt回路的输入端与第一滤波电路的输出端相连接，每路igbt回路包括绝缘栅双极晶体管和第一二极管，绝缘栅双极晶体管包括门级、集电极和发射极，门级的第一输入端用于输入驱动信号，集电极的输入端与第一滤波电路的输出端和第一二极管的负极相连接，集电极的输出端与门级的第二输入端相连接，门级的输出端与发射极的输入端相连接，发射极的输出端与第一二极管的正极相连接，且发射极的输出端为igbt回路的输出端，并用于输出第二直流电压。
7.正如上文所述，本发明通过斩波电路将直流电压变换为电压可调的直流电，该方案介绍了其中一种实现方式，即通过控制igbt回路的门级驱动信号，以实现不同大小的第二直流电压。
8.另外，本发明的斩波电路包括至少两路igbt回路，是考虑到了igbt器件本身功率
的限制，即由于igbt所能承受的峰值电流有限，而通过设置相互并联的igbt回路，可确保每一路电流都能安全通过igbt回路。
9.优选地，本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，驱动信号的时长与第二直流电压的电压值呈负相关。本发明的上述驱动信号可包括门级通、断的动作频率，或者开关器件通、断的时间比例，以改变igbt回路的脉冲宽度。一般而言，igbt回路的关闭时间越长，电流越小，加到负载上的电压也就越小，即驱动信号时长与第二直流电压的电压值大致上呈负相关。
10.优选地，本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，斩波电路还包括与igbt回路数量相一致的第二二极管和第二电感，第二二极管的正极与第一滤波电路的输出端相连接，第二二极管的负极与igbt回路的输出端对应连接，第二电感的输入端与igbt回路的输出端对应连接，第二电感的输出端用于输入第三直流电压。本发明通过第二二极管可实现电路的稳压功能；另外通过第二电感的设置，可进一步对电路中的交流分量进行滤除，即实现交流信号的隔离功能。
11.优选地，本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，斩波电路还包括lc滤波电路，lc滤波电路的输入端与第二电感的输出端相连接，lc滤波电路的输出端用于输出可调直流电压。相似地，lc滤波电路也可吸收交流干扰信号，变成磁感和热能。
12.优选地，本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，第一滤波电路为电容滤波电路或rc滤波电路。本发明可在第一滤波电路设置一开关，实现不同滤波电路的选择。
13.优选地，本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，二次绕组变压器为12脉波变压器。当然，上述脉波可根据实际需求进行选择，本发明采用12脉波整流，即通过一个变压器两个副边之间30
°
的相位差，产生两组6脉波直流，当然，这两组波形之间的相位差也是30
°
。那么合到一起以后，在360
°
的周期内就是一个12脉波。
14.本发明还提出了一种变流系统，包括至少两路上述一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，且变流系统通过二次绕组变压器实现相互隔离。
附图说明
15.图1是本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路实施例1的连接结构示意图；
16.图2是本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路实施例1的连接结构示意图；
17.图3是本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路实施例2的连接结构示意图；
18.图4是本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路实施例2的连接结构示意图；
19.图5是本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路实施例3的连接结构示意图；
20.图6是本发明的一种变流系统的连接结构示意图。
21.1—变压器；2—二极管整流电路；3—第一滤波电路；4—斩波电路；5—门级；6—集电极；7—发射极。
具体实施方式
22.下面结合附图与实施例对本发明作进一步详细描述。
23.实施例1
24.正如背景技术部分所述，对比文件1公开了一种应用于电动汽车快速充电的电能变换装置，通过三个三绕组隔离型变压器、两组三相二极管整流桥、平衡抗电器组成12脉波并联型整流器，输出大电流并提高电池的充电速度，但此种电路结构所涉及的开关器件个数多，使用成本高。针对此，本发明提出了一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，如图1所示，其为本发明变流电路的简化图，包括依次相连接的变压器1、二极管整流电路2和斩波电路4，需要说明的是，本发明采用的变压器1为二次绕组变压器(如图2所示)，相比对比文件1的三绕组成本更低廉，二极管整流电路2和斩波电路4也由于二次绕组变压器，而采用了较少的器件，以进一步降低成本，详见下文描述。
25.在一具体实施方式中，本发明依次相连接的变压器1、二极管整流电路2和斩波电路4中，变压器1的输入端用于输入三相交流电压，变压器1的输出端与二极管整流电路2的输入端相连接，二极管整流电路2的输出端用于输出第一直流电压，斩波电路4的输入端与二极管整流电路2的输出端相连接，斩波电路4的输出端用于输出为电动汽车供电的可调直流电压，其中变压器1为二次绕组变压器。
26.本发明通过斩波电路4，可将电压恒定的直流电压变换为电压可调的直流电为不同充电需求的电动汽车供电，大大减少了电路器件个数。另外，通过斩波电路4，可将电压恒定的直流电压变换为电压可调的直流电，以适配不同充电需求的电动汽车。
27.同时，本发明采用二次绕组变压器，可大大降低电路成本，另外二极管整流电路2和斩波电路4也由于二次绕组变压器，而采用了较少的器件，进一步减少了电路器件个数，降低了成本，详见下文描述。
28.实施例2
29.在实施例1的基础上，如图3和图4，其为本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路的电路连接结构示意图，其中斩波电路4包括至少两路igbt(insulated gate bipolar transistor，绝缘栅双极型晶体管；以下简称igbt)回路，每路igbt回路之间互相并联，且每路igbt回路的输入端与第一滤波电路3的输出端相连接，每路igbt回路包括绝缘栅双极晶体管和第一二极管，绝缘栅双极晶体管包括门级5、集电极6和发射极7，门级5的第一输入端用于输入驱动信号，集电极6的输入端与第一滤波电路3的输出端和第一二极管的负极相连接，集电极6的输出端与门级5的第二输入端相连接，门级5的输出端与发射极7的输入端相连接，发射极7的输出端与第一二极管的正极相连接，且发射极7的输出端为igbt回路的输出端，并用于输出第二直流电压。
30.正如上文所述，本发明通过斩波电路4将直流电压变换为电压可调的直流电，该方案介绍了其中一种实现方式，即通过控制igbt回路的门级驱动信号，以实现不同大小的第二直流电压。
31.另外，本发明采用igbt回路以降低整个变流电路的反射电压，而不采用mos管，是因为igbt本身更适合应用于大功率场景，更适配于电动汽车充电。
32.与此同时，本发明的斩波电路4包括至少两路igbt回路，是考虑到了igbt器件本身功率的限制，即由于igbt所能承受的峰值电流有限，而通过设置相互并联的igbt回路，可确
保每一路电流都能安全通过igbt回路。
33.在一具体实施方式中，本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，驱动信号的时长与第二直流电压的电压值呈负相关。
34.本发明的上述驱动信号可包括门级通、断的动作频率，或者开关器件通、断的时间比例，以改变igbt回路的脉冲宽度。一般而言，igbt回路的关闭时间越长，电流越小，加到负载上的电压也就越小，即驱动信号时长与第二直流电压的电压值大致上呈负相关。igbt回路的驱动信号时长与第二直流电压的电压值可具有如表1所示的关系：
35.表1
36.驱动信号时长(us)第二直流电压(v)3.37705.15357.2317
37.在一具体实施方式中，本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，斩波电路4还包括与igbt回路数量相一致的第二二极管和第二电感，第二二极管的正极与第一滤波电路3的输出端相连接，第二二极管的负极与igbt回路的输出端对应连接，第二电感的输入端与igbt回路的输出端对应连接，第二电感的输出端用于输入第三直流电压。本发明通过第二二极管可实现电路的稳压功能；另外通过第二电感的设置，可进一步对电路中的交流分量进行滤除，即实现交流信号的隔离功能。
38.在一具体实施方式中，本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，斩波电路4还包括lc滤波电路，lc滤波电路的输入端与第二电感的输出端相连接，lc滤波电路的输出端用于输出可调直流电压。相似地，lc滤波电路也可吸收交流干扰信号，变成磁感和热能。
39.在一具体实施方式中，如图3所示，本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，第一滤波电路3可为rc滤波电路。
40.实施例3
41.在实施例2的基础上，如图4所示，本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，第一滤波电路3还可为电容滤波电路。
42.在一具体实施方式中，本发明的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，二次绕组变压器为12脉波变压器。
43.采用12脉波变压器，可将输入至变压器的高频交流电，转换为伏值较小的交流电压，当然，在实际应用中，也可采用24脉波变压器。变压器脉波数、变压器输入电压与变压器输出电压之间具有如下表2所示的关系：
44.表2
45.46.实施例4
47.本发明还提出一种变流系统，包括至少两路上述一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，且变流系统通过二次绕组变压器实现相互隔离。
48.通过二次绕组变压器，可实现变流电路之间的相互隔离，即每路变流电路的输出互相隔离，大大地减少了电路之间的相互影响。

技术特征：
1.一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，其特征在于，包括依次相连接的变压器(1)、二极管整流电路(2)和斩波电路(4)，变压器(1)的输入端用于输入三相交流电压，变压器(1)的输出端与二极管整流电路(2)的输入端相连接，二极管整流电路(2)的输出端用于输出第一直流电压，斩波电路(4)的输入端与二极管整流电路(2)的输出端相连接，斩波电路(4)的输出端用于输出为电动汽车供电的可调直流电压，其中变压器(1)为二次绕组变压器，具有一个原边绕组，二个或多个副边绕组，每个副边绕组互相电气隔离，且仅连接到一个二极管整流电路(2)。2.根据权利要求1所述的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，其特征在于，斩波电路(4)包括至少两路igbt回路，每路igbt回路之间互相并联，且每路igbt回路的输入端与第一滤波电路(3)的输出端相连接，每路igbt回路包括绝缘栅双极晶体管和第一二极管，绝缘栅双极晶体管包括门级(5)、集电极(6)和发射极(7)，门级(5)的第一输入端用于输入驱动信号，集电极(6)的输入端与第一滤波电路(3)的输出端和第一二极管的负极相连接，集电极(6)的输出端与门级(5)的第二输入端相连接，门级(5)的输出端与发射极(7)的输入端相连接，发射极(7)的输出端与第一二极管的正极相连接，且发射极(7)的输出端为igbt回路的输出端，并用于输出第二直流电压。3.根据权利要求2所述的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，其特征在于，驱动信号的时长与第二直流电压的电压值呈负相关。4.根据权利要求2所述的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，其特征在于，斩波电路(4)还包括与igbt回路数量相一致的第二二极管和第二电感，第二二极管的正极与第一滤波电路(3)的输出端相连接，第二二极管的负极与igbt回路的输出端对应连接，第二电感的输入端与igbt回路的输出端对应连接，第二电感的输出端用于输入第三直流电压。5.根据权利要求4所述的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，其特征在于，斩波电路(4)还包括lc滤波电路，lc滤波电路的输入端与第二电感的输出端相连接，lc滤波电路的输出端用于输出可调直流电压。6.根据权利要求2所述的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，其特征在于，第一滤波电路(3)为电容滤波电路或rc滤波电路。7.根据权利要求1～6中任一项所述的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，其特征在于，二次绕组变压器为12脉波变压器。8.一种变流系统，其特征在于，包括至少两路权利要求1～7中任一项所述的一种应用于电动汽车充电桩的变流电路，且变流系统通过二次绕组变压器实现相互隔离。

技术总结
本发明提出一种应用于电动汽车充电桩的变流电路及变流系统，其中该变流电路包括依次相连接的变压器、二极管整流电路和斩波电路，变压器的输入端用于输入三相交流电压，变压器的输出端与二极管整流电路的输入端相连接，二极管整流电路的输出端用于输出第一直流电压，斩波电路的输入端与二极管整流电路的输出端相连接，斩波电路的输出端用于输出为电动汽车供电的可调直流电压，其中变压器为二次绕组变压器。采用该种变流电路，大大减少了元器件个数，且输出的直流电压可根据需要进行调节，以适配不同供电需求的电动汽车。适配不同供电需求的电动汽车。适配不同供电需求的电动汽车。


技术研发人员：汪隽迈
受保护的技术使用者：浙江电牛电气有限公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/7/22