带功率因数校正的全桥LLC软开关谐振充电器及控制方法技术

本发明专利技术公开了一种带功率因数校正的全桥LLC软开关谐振充电器及其控制方法，涉及充电电路技术领域。PFC电路为采用Boost有源功率因数校正器的主功率电路，由整流电路和Boost变换器组成；LLC全桥电路包括逆变网络、谐振网络和整流网络。上述充电器通过PFC电路改善了输入电流中的谐波电流，使充电器输入端的PF值大幅度下降，可以稳定输出直流母线电压，LLC全桥电路可实现原边MOS管的ZVS（零电压开通）和副边整流二极管的ZCS（零电流关断），大幅度的降低了MOS的开关损耗及消除了副边整流二极管的反向恢复损耗，从而解决了传统反激拓扑和正激拓扑带来的效率低，发热严重等问题。发热严重等问题。发热严重等问题。

【技术实现步骤摘要】
带功率因数校正的全桥LLC软开关谐振充电器及控制方法


[0001]本专利技术涉及充电电路
，具体涉及一种带功率因数校正的全桥LLC软开关谐振充电器及控制方法。

技术介绍

[0002]随着社会不断的发展，人们生活水平的不断提高，爬楼梯机及载重机已经成为了人们有能力购买的用品之一，给人们生活中的搬运带来了很大的便捷。而它们都需要锂电池供电，目前市场上的充电器大多数采用反激及正激拓扑结构，这两种结构带来最大的问题是效率低，发热严重，功率密度受限，性价比低，难以长期地在宽电压输入范围内稳定可靠地运行。最重要的是整流后的电流中含有对电网危害极大的谐波电流，同时设备输入端的功率因数会大幅度下降，使无用功的占比上升，不符合节能的理念。其次是整流后的直流母线电压不稳定，也不可以调节。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的就在于解决上述
技术介绍
的问题，而提出一种带功率因数校正的全桥LLC软开关谐振充电器及控制方法。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案实现：本专利技术实施例提供了一种带功率因数校正的全桥LLC软开关谐振充电器，所述充电器包括PFC电路、LLC全桥电路和控制模块；所述控制模块分别与所述PFC电路、所述LLC全桥电路和待充电的锂电池连接；所述PFC电路的输入端与外置电源连接，输出端与所述LLC全桥电路的输入端连接；所述LLC全桥的输出端与所述锂电池相连接；所述控制模块，用于控制所述PFC电路和所述LLC全桥电路工作向所述锂电池进行充电；所述PFC电路为采用Boost有源功率因数校正器的主功率电路，由整流电路和Boost变换器组成；所述整流电路将输入的正负交替的交流电转换成无负值的馒头波型直流电；Boost变换器采用预设占空比，将馒头波型直流电的电压变换成的母线直流电压，并保证输入侧电感电流呈现与输入电压波形包络线一致的正弦电流；所述LLC全桥电路包括逆变网络、谐振网络和整流网络；所述逆变网络包括主功率MOS管Q1、Q2、Q3和Q4，Q1和Q3串联，Q2和Q4串联，且Q1和Q3之间与Q2和Q4之间通过所述谐振网络桥接；所述谐振网络包括串联的谐振电感L
r
、励磁电感L
m
和谐振电容C
r
。
[0005]可选地，所述整流电路为桥式整流电路；所述Boost变换器包括电感、MOS管、输出二极管、滤波电容、负载电阻、输入采样电路、比较器电路、输出电压取样电路、误差放大器电路和乘法器。
[0006]所述整流电路的输出端与所述电感串联，所述电感的另一端分别与MOS管的D极和输出二极管的阳极相连，输出二极管的阴极与滤波电容和负载电阻相连；负载电阻的一端为所述PFC电路的输出端Vo，负载电阻的另一端与滤波电容的阴极及MOS管的源极S接到整
流电路的输出负极；MOS管的栅极与迟滞比较器的输出端相连；输入电压取样电路两端分别连接所述整流电路和乘法器，迟滞比较器的同相输入端连接乘法器，反相输入端连接整流电路的输出正极；输出采样电路连接误差放大电路的反相输入端，误差放大电路的同相输入端为预设参考电压。
[0007]可选地，所述逆变网络包括：主功率MOS管Q1、Q2、Q3和Q4，Q1、Q2、Q3和Q4分别对应的体二极管D1、D2、D3和D4，Q1、Q2、Q3和Q4分别对应的漏源极之间的寄生电容C1、C2、C3和C4；所述整流网络包括；主功率变压器Tr、输出整流二极管D
R1
和D
R2
、输出滤波电容C
f
，负载电阻R
ld
；所述整流网络和所述谐振网络组成LLC谐振腔。
[0008]本专利技术实施例还提供了一种带功率因数校正的全桥LLC软开关谐振充电器的控制方法，所述方法包括：获取所述谐振电感L
r
、所述励磁电感L
m
和所述谐振电容C
r
；根据所述谐振电感L
r
和所述谐振电容C
r
计算第一谐振频率，所述谐振电感L
r
、所述励磁电感L
m
和所述谐振电容C
r
计算第二谐振频率；根据所述第一谐振频率和所述第二谐振频率确定目标开关频率，以使所述目标开关频率大于所述第二谐振频率并且不大于所述第一谐振频率；控制第一开关组与第二开关组以所述目标开关频率交替互补导通；所述第一开关组包括Q1和Q4，所述第二开关组包括Q2和Q3。
[0009]本专利技术的有益效果：本专利技术实施例提供了一种带功率因数校正的全桥LLC软开关谐振充电器，充电器包括PFC电路、LLC全桥电路和控制模块；控制模块分别与PFC电路、LLC全桥电路和待充电的锂电池连接；PFC电路的输入端与外置电源连接，输出端与LLC全桥电路的输入端连接；LLC全桥的输出端与锂电池相连接；控制模块，用于控制PFC电路和LLC全桥电路工作向锂电池进行充电；PFC电路为采用Boost有源功率因数校正器的主功率电路，由整流电路和Boost变换器组成；整流电路将输入的正负交替的交流电转换成无负值的馒头波型直流电；Boost变换器采用预设占空比，将馒头波型直流电的电压变换成的母线直流电压，并保证输入侧电感电流呈现与输入电压波形包络线一致的正弦电流；LLC全桥电路包括逆变网络、谐振网络和整流网络；逆变网络包括主功率MOS管Q1、Q2、Q3和Q4，Q1和Q3串联，Q2和Q4串联，且Q1和Q3之间与Q2和Q4之间通过谐振网络桥接；谐振网络包括串联的谐振电感L
r
、励磁电感L
m
和谐振电容C
r
。
[0010]上述充电器通过PFC电路改善了输入电流中的谐波电流，使充电器输入端的PF值大幅度下降，可以稳定输出直流母线电压，LLC全桥电路可实现原边MOS管的ZVS（零电压开通）和副边整流二极管的ZCS（零电流关断），大幅度的降低了MOS的开关损耗及消除了副边整流二极管的反向恢复损耗，从而解决了传统反激拓扑和正激拓扑带来的效率低，发热严重等问题。
附图说明
[0011]下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。
[0012]图1为本专利技术实施例提供的一种带功率因数校正的全桥LLC软开关谐振充电器的原理示意图；
图2为本专利技术实施例提供的PFC电路的电路示意图；图3为本专利技术实施例提供的整流波形示意图；图4为本专利技术实施例提供的LLC全桥电路的电路示意图；图5为本专利技术实施例提供的一种带功率因数校正的全桥LLC软开关谐振充电器的控制方法的流程图；图6为本专利技术实施例提供的LLC谐振变换器三种工作模式的波形示意图；图7为本专利技术实施例中全桥LLC谐振电路处于工作模式1的模态图。
具体实施方式
[0013]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本专利技术保护的范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种带功率因数校正的全桥LLC软开关谐振充电器，其特征在于，所述充电器包括PFC电路、LLC全桥电路和控制模块；所述控制模块分别与所述PFC电路、所述LLC全桥电路和待充电的锂电池连接；所述PFC电路的输入端与外置电源连接，输出端与所述LLC全桥电路的输入端连接；所述LLC全桥的输出端与所述锂电池相连接；所述控制模块，用于控制所述PFC电路和所述LLC全桥电路工作向所述锂电池进行充电；所述PFC电路为采用Boost有源功率因数校正器的主功率电路，由整流电路和Boost变换器组成；所述整流电路将输入的正负交替的交流电转换成无负值的馒头波型直流电；Boost变换器采用预设占空比，将馒头波型直流电的电压变换成的母线直流电压，并保证输入侧电感电流呈现与输入电压波形包络线一致的正弦电流；所述LLC全桥电路包括逆变网络、谐振网络和整流网络；所述逆变网络包括主功率MOS管Q1、Q2、Q3和Q4，Q1和Q3串联，Q2和Q4串联，且Q1和Q3之间与Q2和Q4之间通过所述谐振网络桥接；所述谐振网络包括串联的谐振电感L
r
、励磁电感L
m
和谐振电容C
r
。2.根据权利要求1所述的一种带功率因数校正的全桥LLC软开关谐振充电器，其特征在于，所述整流电路为桥式整流电路；所述Boost变换器包括电感、MOS管、输出二极管、滤波电容、负载电阻、输入采样电路、比较器电路、输出电压取样电路、误差放大器电路和乘法器；所述整流电路的输出端与所述电感串联，所述电感的另一端分别与MOS管的D极和输出二极管的阳极相连，输出二极管的阴极与滤波电容和负载电阻相连；负载电阻的一端为所述PFC电路的输出端Vo，负载电阻的另一端与滤波电容的阴极及MOS管的源极S接到整流电路的输出负极；MOS管的栅极与迟滞比较...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇，任海军，王永康，徐明宇，肖宸禹，梁国寿，
申请(专利权)人：小神童创新科技广州有限公司，
类型：发明
国别省市：