本實用新型涉及電路結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種PFC電路及充電機(jī)。

背景技術(shù)：

電動汽車的充電裝置無論是車載充電機(jī)還是直流充電樁，其電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中都離不開有源功率校正電路(簡稱PFC電路)。PFC電路是交流電轉(zhuǎn)直流電的重要環(huán)節(jié)，它可以保證電源在開關(guān)轉(zhuǎn)換時不影響電網(wǎng)的質(zhì)量、減小電流諧波的畸變、減少開關(guān)電源在工作時產(chǎn)生的無功功率。

大多數(shù)充電機(jī)內(nèi)的PFC電路是由整流橋+BOOST電路組合結(jié)構(gòu)，此種電路結(jié)構(gòu)雖然穩(wěn)定，但是所使用的元器件多，失效率就相對較高，并且兩級串聯(lián)所產(chǎn)生的損耗較多。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本實用新型實施例中提供一種PFC電路及充電機(jī)，以解決現(xiàn)有技術(shù)中PFC電路所使用的元器件多，失效率相對較高，且電路損耗較多的問題。

為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型實施例采用如下技術(shù)方案：

一方面，本實用新型實施例提供一種有源功率校正PFC電路，包括：

交流電源、電感器、電容器及高頻開關(guān)的第一MOS管及第二MOS管，工頻開關(guān)的第三MOS管及第四MOS管；

所述第一MOS管與所述第二MOS管串聯(lián)形成圖騰柱式輸出電路，其中，所述第一MOS管的漏極與所述第三MOS管的漏極連接，所述第三MOS管的源極與所述第四MOS管的漏極連接，所述第四MOS管的源極與所述第二MOS管的源極連接，所述第二MOS管的漏極與所述第一MOS管的源極連接；

所述電感器的第一端連接至所述交流電源的第一端，所述電感器的第二端連接至所述第一MOS管的源極與所述第二MOS管的漏極之間，所述交流電源的第二端連接至所述第三MOS管的源極與所述第四MOS管的漏極之間，所述電容器的第一端連接至所述第三MOS管的漏極，所述電容器的第二端連接至所述第四MOS管的源極。

可選地，在所述交流電源的輸出電壓處于正半周期時，所述第三MOS管關(guān)斷，所述第四MOS管導(dǎo)通；在所述交流電源的輸出電壓處于負(fù)半周期時，所述第三MOS管關(guān)斷，所述第四MOS管導(dǎo)通。

可選地，所述第一MOS管及第二MOS管的開關(guān)頻率為50kHZ。

可選地，所述第三MOS管及第四MOS管的開關(guān)頻率為50HZ。

可選地，所述第一MOS管、第二MOS管、第三MOS管及第四MOS管均為P溝道增強(qiáng)型MOS管。

可選地，所述第一MOS管與所述第二MOS管均為碳化硅MOS管。

可選地，所述第三MOS管與所述第四MOS管均為硅MOS管。

另一方面，本實用新型實施例還提供一種充電機(jī)，所述充電機(jī)包括如上所述的PFC電路。

本實用新型的一個或多個實施例具有以下有益效果：

本實用新型的電路結(jié)構(gòu)中,電路運作過程中控制方式為圖騰柱式的控制方式，第一MOS管和第二MOS管間的配合形成硬開關(guān)模式，提高開關(guān)特性，整體形成為H橋結(jié)構(gòu)的無橋PFC拓?fù)潆娐?，適應(yīng)于雙向車載充電機(jī)的應(yīng)用電路中，使電動汽車可以實現(xiàn)V2L(車對負(fù)載)/V2G(車對電網(wǎng))等功能，在實現(xiàn)原有整流橋+BOOST電路的功能的同時，大大減少元器件，節(jié)省成本，降低電路失效率。

附圖說明

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├?，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

圖1表示PFC電路的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2表示4顆MOS管的開關(guān)時序圖；

圖3表示交流正半周期內(nèi)電流流向示意圖一；

圖4表示交流正半周期內(nèi)電流流向示意圖二；

圖5表示交流負(fù)半周期內(nèi)電流流向示意圖一；

圖6表示交流負(fù)半周期內(nèi)電流流向示意圖二。

具體實施方式

下面將結(jié)合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護(hù)的范圍。

本實用新型公開一種有源功率校正PFC電路，結(jié)合圖1、圖2、圖3、圖4、圖5、圖6所示，包括：

交流電源AC、電感器L、電容器C及高頻開關(guān)的第一MOS管Q1及第二MOS管Q2，工頻開關(guān)的第三MOS管Q3及第四MOS管Q4。

該第一MOS管Q1與第二MOS管Q2串聯(lián)形成圖騰柱式輸出電路，其中，所述第一MOS管Q1的漏極與所述第三MOS管Q3的漏極連接，所述第三MOS管Q3的源極與所述第四MOS管Q4的漏極連接，所述第四MOS管Q4的源極與所述第二MOS管Q2的源極連接，所述第二MOS管Q2的漏極與所述第一MOS管Q1的源極連接。

其中，電感器L的第一端連接至所述交流電源AC的第一端，所述電感器L的第二端連接至所述第一MOS管Q1的源極與所述第二MOS管Q2的漏極之間，所述交流電源AC的第二端連接至所述第三MOS管Q3的源極與所述第四MOS管Q4的漏極之間，所述電容器C的第一端連接至所述第三MOS管Q3的漏極，所述電容器C的第二端連接至所述第四MOS管Q4的源極。

本實用新型的電路結(jié)構(gòu)中,第一MOS管Q1與第二MOS管Q2串聯(lián)形成圖騰柱式輸出電路，電路運作過程中控制方式為圖騰柱式的控制方式，第一MOS管Q1和第二MOS管Q2間的配合形成硬開關(guān)模式，提高開關(guān)特性，第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3及第四MOS管Q4間形成為H橋結(jié)構(gòu)的無橋PFC拓?fù)潆娐?，該無橋PFC主電路使用4只開關(guān)管，Q1和Q2一直工作高頻硬開關(guān)狀態(tài)，四個MOS管電路結(jié)構(gòu)的無橋PFC電路是一種四象限的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，可以通過改變驅(qū)動控制實現(xiàn)DCAC逆變功能，以適應(yīng)雙向車載充電機(jī)的應(yīng)用電路中，使電動汽車可以實現(xiàn)V2L(車對負(fù)載)/V2G(車對電網(wǎng))等功能，該電路結(jié)構(gòu)，相對于以前整流橋+BOOST電路的PFC電路，在實現(xiàn)原有整流橋+BOOST電路的功能的同時，大大減少元器件，節(jié)省成本，降低電路失效率。

進(jìn)一步地，具體地，在交流電源AC的輸出電壓處于正半周期時，所述第三MOS管Q3關(guān)斷，第四MOS管Q4導(dǎo)通；在交流電源AC的輸出電壓處于負(fù)半周期時，所述第三MOS管Q3關(guān)斷，所述第四MOS管Q4導(dǎo)通。

圖2為4顆MOS管的開關(guān)時序圖，其中，PWM1為Q1的驅(qū)動波形；PWM2為Q2的驅(qū)動波形；PWM3為Q3的驅(qū)動波形；PWM4為Q4的驅(qū)動波形；Uac為交流輸入電壓。第一MOS管Q1及第二MOS管Q2為高頻開關(guān)，第三MOS管Q3及第四MOS管Q4為工頻開關(guān)。

當(dāng)交流電源AC電壓被輸入，并且處于L正N負(fù)的正周期內(nèi)，Q4工頻開且Q3工頻關(guān)。在交流正半周期內(nèi)(L相大于N相)，Q1和Q2高頻開關(guān)，組成boost升壓電路。電流流向如圖3和圖4所示。在圖3中，為在0～t1，且Q1關(guān)斷、Q2導(dǎo)通時，交流正周期內(nèi)電感儲存能量。在圖4中，為在0～t1，且Q1導(dǎo)通、Q2關(guān)斷時，交流正周期內(nèi)電感釋放能量給電容充電。

當(dāng)交流電源AC電壓被輸入，并且處于L負(fù)N正的負(fù)周期內(nèi)，Q4工頻關(guān)且Q3工頻開。在交流負(fù)半周期(N相大于L相)，Q1和Q2高頻開關(guān)。電流流向如圖5和圖6所示。在圖5中，為在t1～t2，且Q1導(dǎo)通、Q2關(guān)斷時，交流負(fù)周期內(nèi)電感儲存能量。在圖6中，為在t1～t2，且Q1關(guān)斷、Q2導(dǎo)通時，交流負(fù)周期內(nèi)電感釋放能量給電容充電。

作為一優(yōu)選的實施方式，其中，第一MOS管Q1及第二MOS管Q2的開關(guān)頻率為50kHZ，以更好地實現(xiàn)高頻硬開關(guān)。對應(yīng)地，該第三MOS管Q3及第四MOS管Q4的開關(guān)頻率為50HZ。

作為一優(yōu)選的實施方式，其中，第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第三MOS管Q3及第四MOS管Q4均為P溝道增強(qiáng)型MOS管。

作為一優(yōu)選的實施方式，其中，第一MOS管Q1與所述第二MOS管Q2均為碳化硅MOS管。

具體的，碳化硅材料器件具有更好導(dǎo)熱特性，耐壓特性，以及碳化硅MOS關(guān)斷時反向恢復(fù)時間及反向恢復(fù)電流很小，所以其關(guān)斷損耗很小，碳化硅MOS的內(nèi)部結(jié)電容和米勒電容都很小，所以其驅(qū)動能耗比普通硅MOS的驅(qū)動能耗要小，開通損耗也較低，碳化硅的耐壓特性好，抗輸入沖擊電壓的性能好，碳化硅材料的耐溫高，導(dǎo)熱特性又好，所以碳化硅器件的高溫失效率低，提高電路中器件的開關(guān)特性和減少開關(guān)損耗，開關(guān)管選用碳化硅MOS管，圖騰柱式控制方式，可以在硬開關(guān)的模式中更能體現(xiàn)出碳化硅MOS的優(yōu)勢。而功率因數(shù)校正技術(shù)是電力電子領(lǐng)域的研究熱點，基于碳化硅器件的無橋PFC電路具有良好的應(yīng)用前景。針對其電路結(jié)構(gòu)和圖騰柱式控制策略進(jìn)行了深入的分析與研究，利用碳化硅器件的許多優(yōu)勢提高無橋PFC的綜合性能和效率。

對應(yīng)地，第三MOS管Q3與第四MOS管Q4均為硅MOS管。Q3和Q4為普通硅MOS管，降低成本。

本實用新型還公開一種充電機(jī)，該充電機(jī)包括如權(quán)利上所述的PFC電路。

其中，電容器C的兩端形成電壓輸出端，以對下游電路輸出調(diào)節(jié)后的合適電壓值，以使充電機(jī)具有更好的的性能。

此實用新型中的充電機(jī)的無橋PFC電路拓?fù)淇梢蕴岣叱潆姍C(jī)的效率，使用的元器件比傳統(tǒng)PFC電路要少，同時降低了元器件的失效率，此電路拓?fù)渚哂泻芎玫碾姶偶嫒菪?，此電路拓?fù)錇樗南笙蘅刂?，可以實現(xiàn)充電機(jī)中的雙向充電逆變功能，與現(xiàn)有的技術(shù)方案相比，本電路拓?fù)涞膽?yīng)用，能夠使充電機(jī)減小整機(jī)的體積，提高整機(jī)效率，拓展雙向充電機(jī)的開發(fā)。

以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式，但本實用新型的保護(hù)范圍并不局限于此，任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本實用新型揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應(yīng)涵蓋在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本實用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求的保護(hù)范圍為準(zhǔn)。

本說明書中的各個實施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似的部分互相參見即可。

盡管已描述了本實用新型實施例的優(yōu)選實施例，但本領(lǐng)域內(nèi)的技術(shù)人員一旦得知了基本創(chuàng)造性概念，則可對這些實施例做出另外的變更和修改。所以，所附權(quán)利要求意欲解釋為包括優(yōu)選實施例以及落入本實用新型實施例范圍的所有變更和修改。

最后，還需要說明的是，在本實用新型實施例中，諸如第一和第二等之類的關(guān)系術(shù)語僅僅用來將一個實體或者操作與另一個實體或操作區(qū)分開來，而不一定要求或者暗示這些實體或操作之間存在任何這種實際的關(guān)系或者順序。而且，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的過程、方法、物品或者終端設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種過程、方法、物品或者終端設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括一個……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的過程、方法、物品或者終端設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上所述的是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通人員來說，在不脫離本實用新型所述的原理前提下還可以作出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也在本實用新型的保護(hù)范圍內(nèi)。