一种单三相兼容交直流转换电路及充电机的制作方法

本发明属于电动汽车充电，特别是涉及一种单三相兼容交直流转换电路及充电机。

背景技术：

1、车载充电机通常由前级ac/dc电路和后级dc/dc电路的两级式电路组成。前级ac/dc电路负责将来自电网的交流电转换成直流电，并实现功率因数校正。后级dc/dc电路通常需要实现电网侧和电池侧的电气隔离，并输出稳定的直流电压。在单相工作模式中，ac/dc电路的输入功率将包含直流分量和二次交流分量，而输出功率为直流分量，由此带来输入输出功率的不匹配，在电路中存在二次脉动功率。而在三相工作模式下，由于三相输入功率叠加后消除了交流分量，因此不存在二次脉动功率的问题。在ac/dc电路中，保证功率因数校正效果的情况下，二次脉动功率会体现为输出直流母线的二次纹波电压，影响充电效果并进而导致交流输入侧电流的三次谐波增大。传统的应对方法是在直流母线采用大容量的电解电容以减小二次纹波电压。然而这种方法所需电容容量过大，在采用功率密度高的电解电容情况下依然会大量增加充电机的体积和重量。且电解电容热稳定性差、寿命低，降低了充电机整体的寿命和可靠性，增加了产品维修难度和成本。

2、为了满足快速充电和家庭充电的要求，提高充电机功率密度，延长充电机使用寿命，目前业内亟需开发没有电解电容又不增加直流母线电压纹波的单三相兼容的车载充电机。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种单三相兼容交直流转换电路及充电机，通过在单相工作模式下引入有源功率解耦，来吸收二次脉动功率，以降低直流母线电容的容值要求，解决了在直流母线采用大容量电解电容，增加了充电机的体积和重量，以及电解电容热稳定性差、寿命低，降低了充电机整体的寿命和可靠性的技术问题。

2、为解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：一种单三相兼容交直流转换电路，包括：

3、输入切换模块，其输入端与交流电网连接，用于实现所述单三相兼容交直流转换电路在单相工作模式与三相工作模式之间的切换；

4、三相功率因数校正模块，包括并联于直流正母线与直流负母线之间的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂及直流母线电容，所述第一桥臂、所述第二桥臂及所述第三桥臂的中点分别与所述输入切换模块的输出端连接；

5、第一控制开关；

6、解耦电容，其第一端通过所述第一控制开关与所述第三桥臂的中点连接，第二端与所述直流负母线连接，通过所述第一控制开关来控制所述解耦电容与所述第三桥臂的中点之间连接线路的通断；

7、电压钳位模块，其两端分别与所述直流正母线及所述直流负母线连接，所述电压钳位模块还连接于所述解耦电容与所述第一控制开关的连接处，所述电压钳位模块用于在所述单三相兼容交直流转换电路处于三相工作模式时对所述解耦电容的电压进行钳位；

8、当所述单三相兼容交直流转换电路通过所述输入切换模块切换为单相工作模式时，控制所述第一控制开关闭合，并通过所述第三桥臂来控制所述解耦电容来吸收所述单三相兼容交直流转换电路中的二次脉动功率。

9、在本发明的一个实施例中，所述单三相兼容交直流转换电路还包括滤波模块，所述输入切换模块通过所述滤波模块与所述三相功率因数校正模块连接。

10、在本发明的一个实施例中，所述滤波模块包括：

11、第一电感，其一端与所述输入切换模块的第一输出端连接，另一端与所述第一桥臂的中点连接；

12、第二电感，其一端与所述输入切换模块的第二输出端连接，另一端与所述第二桥臂的中点连接；

13、第三电感，其一端与所述输入切换模块的第三输出端连接，另一端与所述第三桥臂的中点连接；

14、第一电容，其一端与所述第一电感的另一端连接；

15、第二电容，其一端与所述第二电感的另一端连接；

16、第三电容，其一端与所述第三电感的另一端连接；

17、所述第一电容、所述第二电容及所述第三电容的另一端相互连接。

18、在本发明的一个实施例中，所述单三相兼容交直流转换电路还包括第二控制开关，所述第三电感的另一端通过所述第二控制开关与所述第三桥臂的中点连接；

19、所述第二控制开关被配置为：

20、三相工作模式下，控制所述第二控制开关闭合，使得所述第三电感的另一端与所述第三桥臂的中点连接；

21、单相工作模式下，控制所述第二控制开关断开，使得所述第三电感及所述第三电容与所述解耦电容分离。

22、在本发明的一个实施例中，所述直流母线电容及所述解耦电容包括薄膜电容。

23、在本发明的一个实施例中，所述电压钳位模块包括第一电阻和第二电阻；

24、所述第一电阻的一端与所述直流正母线连接，所述第一电阻的另一端与所述第二电阻的一端连接，所述第二电阻的另一端与所述直流负母线连接；

25、所述第一电阻与所述第二电阻的连接处还连接于所述解耦电容与所述第一控制开关的连接处。

26、在本发明的一个实施例中，所述第一电阻与所述第二电阻的阻值大小相等。

27、在本发明的一个实施例中，所述三相功率因数校正模块通过控制环路对所述第一桥臂、所述第二桥臂及所述第三桥臂进行控制；

28、所述控制环路被配置为：

29、三相工作模式下，所述控制环路采用dq坐标轴下电压外环电流内环双闭环控制所述第一桥臂、所述第二桥臂及所述第三桥臂，以实现功率因数校正及稳定输出直流母线电压；

30、单相工作模式下，所述控制环路包括独立的两部分，第一部分控制所述第一桥臂及所述第二桥臂，采用dq坐标轴下电压外环电流内环双闭环控制，以实现功率因数校正及稳定输出直流母线电压，第二部分控制所述第三桥臂对所述解耦电容进行充放电。

31、在本发明的一个实施例中，所述单三相兼容交直流转换电路由单相工作模式切换至三相工作模式前，所述解耦电容的初始电压值等于直流母线电压的一半。

32、基于同一发明构思，本发明还提供了一种充电机，包括上述任一项所述的单三相兼容的直流转换电路。

33、本发明提供的一种单三相兼容交直流转换电路，包括输入切换模块，其输入端与交流电网连接，用于实现所述单三相兼容交直流转换电路在单相工作模式与三相工作模式之间的切换；三相功率因数校正模块，包括并联于直流正母线与直流负母线之间的第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂及直流母线电容，所述第一桥臂、所述第二桥臂及所述第三桥臂的中点分别与所述输入切换模块的输出端连接；第一控制开关；解耦电容，其第一端通过所述第一控制开关与所述第三桥臂的中点连接，第二端与所述直流负母线连接，通过所述第一控制开关来控制所述解耦电容与所述第三桥臂的中点之间连接线路的通断；电压钳位模块，其两端分别与所述直流正母线及所述直流负母线连接，所述电压钳位模块还连接于所述解耦电容与所述第一控制开关的连接处，所述电压钳位模块用于在所述单三相兼容交直流转换电路处于三相工作模式时对所述解耦电容电压进行钳位；当所述单三相兼容交直流转换电路通过所述输入切换模块切换为单相工作模式时，控制所述第一控制开关闭合，并通过所述第三桥臂来控制所述解耦电容来吸收所述单三相兼容交直流转换电路中的二次脉动功率。如此配置，在单相工作模式下，所述第三桥臂通过所述第一控制开关与所述解耦电容连接，构成有源功率解耦电路，通过驱动信号控制所述第三桥臂对解耦电容进行充放电，以吸收电路中存在的二次脉动功率，提高了车载充电机中交直流转换电路的功率密度，减少了直流母线电容所需容值，可以将直流母线电容和解耦电容均改用薄膜电容而非大容值的电解电容，减少了充电机的体积和重量，同时也提高了电路的寿命和可靠性。另外，通过复用第三桥臂引入有源功率解耦的方式，既可以减少了开关管的使用数量，节约了成本，同时也能够降低所述单三相兼容交直流转换电路的布局难度，缩小了相关电路板的尺寸，更便于充电机的装配。

34、本发明提供的一种单三相兼容交直流转换电路，采用两个等值电阻串联构成的电压钳位电路，所述单三相兼容交直流转换电路在三相工作模式下，由所述电压钳位模块对所述解耦电容的电压进行钳位，以降低所述第一控制开关触点的电压应力。