一種基于移相全橋電路死區(qū)時(shí)間可調(diào)的車(chē)載充電機(jī)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及基于移相全橋結(jié)構(gòu)的車(chē)載充電機(jī)，尤其涉及一種基于移相全橋電路死區(qū)時(shí)間可調(diào)的車(chē)載充電機(jī)，由于死區(qū)時(shí)間可以動(dòng)態(tài)連續(xù)調(diào)整，能夠提高全負(fù)載范圍內(nèi)效率。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著傳統(tǒng)能源的日益枯竭，新能源特別是電能的應(yīng)用在汽車(chē)領(lǐng)域正在成為主流的發(fā)展趨勢(shì)。然而目前電動(dòng)汽車(chē)的普及還有很多亟待解決的問(wèn)題，尤其是作為它的充電設(shè)備的車(chē)載充電機(jī)還有許多地方有待優(yōu)化。對(duì)于大功率的充電機(jī)現(xiàn)在一般是基于移相全橋結(jié)構(gòu)。通過(guò)采用單片機(jī)芯片產(chǎn)生四路兩兩互補(bǔ)的PWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)全橋電路的柵極。然而傳統(tǒng)的基于移相全橋結(jié)構(gòu)的充電機(jī)滯后臂在輕載的情況下比較難以實(shí)現(xiàn)ZVS(零電壓開(kāi)關(guān))，開(kāi)關(guān)管的發(fā)熱比較嚴(yán)重難以實(shí)現(xiàn)軟開(kāi)關(guān)。此外由于濾波電感的存在導(dǎo)致濾波電感上的電流不能突變，在原邊電流變相的期間，副邊兩個(gè)二極管處于續(xù)流狀態(tài)，副邊變壓器電壓為零，導(dǎo)致副邊的占空比丟失。
[0003]而要提高充電機(jī)的效率，就必須使兩個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)管都工作在軟開(kāi)關(guān)狀態(tài)下，即對(duì)死區(qū)時(shí)間的要求很?chē)?yán)格，死區(qū)時(shí)間過(guò)大或者過(guò)小都不能使開(kāi)關(guān)管工作在ZVS(零電壓開(kāi)關(guān))狀態(tài)，傳統(tǒng)的采用單片機(jī)設(shè)定PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)死區(qū)時(shí)間的方法，死區(qū)時(shí)間是固定的即在軟件中通過(guò)操作單片機(jī)定時(shí)器的寄存器設(shè)定的，對(duì)于充電機(jī)負(fù)載的變化死區(qū)時(shí)間不能做出快速動(dòng)態(tài)的調(diào)整，有使上下橋臂直通的危險(xiǎn)。且充電效率比較低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷提供一種基于移相全橋電路結(jié)構(gòu)死區(qū)時(shí)間可調(diào)的車(chē)載充電機(jī)，通過(guò)對(duì)死區(qū)時(shí)間的動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)解決現(xiàn)有的移相全橋電路滯后臂較難實(shí)現(xiàn)ZVS (零電壓開(kāi)關(guān))，使滯后臂在輕載時(shí)也可以工作在軟開(kāi)關(guān)狀態(tài)，進(jìn)而使其工作時(shí)減小全橋電路MOS管的開(kāi)關(guān)損耗，達(dá)到提尚充電效率的目的。
[0005]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明通過(guò)如下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):一種基于移相全橋電路死區(qū)時(shí)間可調(diào)的車(chē)載充電機(jī)，包括依次連接的三相整流電路、輸入濾波電路、移相全橋電路及STM32單片機(jī)，移相全橋電路包括DC/AC逆變器、高頻變壓器、輸出整流和輸出濾波，其中的DC/AC逆變器包括四個(gè)開(kāi)關(guān)管Q1、Q2、Q3和Q4，開(kāi)關(guān)管Ql與Q2構(gòu)成超前橋臂，開(kāi)關(guān)管Q3與Q4構(gòu)成滯后橋臂；三相交流輸入連接三相整流電路的輸入端，移相全橋電路中的輸出濾波連接電池，其特征在于:
[0006]增設(shè)輸出電壓檢測(cè)電路、輸出電流檢測(cè)電路、死區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)整電路、四個(gè)結(jié)構(gòu)相同的柵驅(qū)動(dòng)推挽放大電路，輸出電壓檢測(cè)電路和輸出電流檢測(cè)電路連接在移相全橋電路的輸出端，將檢測(cè)到的輸出電壓和輸出電流值輸出給STM32單片機(jī)，STM32單片機(jī)的高級(jí)定時(shí)器產(chǎn)生四路PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)連接至死區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)整電路的四個(gè)輸入端，死區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)整電路輸出四路對(duì)應(yīng)的帶有死區(qū)時(shí)間的PWM信號(hào)分別連接至四個(gè)柵驅(qū)動(dòng)推挽放大電路的輸入端，四個(gè)柵驅(qū)動(dòng)推挽放大電路的輸出端分別連接移相全橋電路中DC/AC逆變器的四個(gè)開(kāi)關(guān)管Q1、Q2、Q3、Q4的柵極；其中:
[0007]輸出電壓檢測(cè)電路包括二極管D4、電阻R4、R5、R6，二極管D4的陽(yáng)極連接移相全橋電路的輸出端，二極管D4的陰極依次連接串聯(lián)的電阻R4、R5、R6，電阻R6的輸出端連接至STM32單片機(jī)；
[0008]輸出電流檢測(cè)電路包括電阻R7、R8、R9和電容C5，電阻R7的一端連接移相全橋電路的輸出端，電阻R8、R9及電容C5三者并聯(lián)，并聯(lián)后的一端連接電阻R7的另一端，并聯(lián)后另的一端連接至STM32單片機(jī)；
[0009]死區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)整電路包括三個(gè)數(shù)字可編程的有限狀態(tài)機(jī)FSM_1、FSM_2、FSM_3，兩個(gè)計(jì)數(shù)器CounterA及Counter B，兩個(gè)或門(mén)0R_1及0R_2，四個(gè)帶有復(fù)位和置位功能的SR鎖存器SR1、SR2、SR3、SR4，STM32單片機(jī)中的高級(jí)定時(shí)器產(chǎn)生四路PWM驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM1、PWM2、PWM3及PWM4，其中PWMl與PWM2為一對(duì)，PWM3與PWM4為另一對(duì)，兩對(duì)之間相位差180° ；PWMl和PWM2分別連接有限狀態(tài)機(jī)FSM_3的輸入端口 in_l和in_2，PWM3和PWM4分別連接有限狀態(tài)機(jī)FSM_1的輸入端口 in_3和in_4，有限狀態(tài)機(jī)FSM_1、FSM_2及FSM_3的時(shí)鐘端口、計(jì)數(shù)器CounterA和Counter B的時(shí)鐘端P、SR鎖存器SRU SR2、SR3、SR4的時(shí)鐘端P以及或門(mén)0R_1的一個(gè)輸入端及或門(mén)0R_2的一個(gè)輸入端連接在一起與連接時(shí)鐘信號(hào)fclk連接，有限狀態(tài)機(jī)FSM_1的輸出端口 reset_A分別連接計(jì)數(shù)器Counter B的輸入使能端口en和SR鎖存器SR4的輸入復(fù)位端口 R，有限狀態(tài)機(jī)FSM_1的輸出端口 reset_B分別連接計(jì)數(shù)器CounterA的輸入使能端口 en和SR鎖存器SR3的輸入復(fù)位端口 R，有限狀態(tài)機(jī)FSM_3的輸出端set_C和set_D分別連接SR鎖存器SR2和SRl的輸入置位端口 S，有限狀態(tài)機(jī)FSM_2的輸出端reset_C和reset_D分別連接鎖存器SR2和SRl的輸入復(fù)位端口 R，計(jì)數(shù)器CounterA和Counter B的輸出端Cnt分別連接或門(mén)0R_1及或門(mén)0R_2的另一個(gè)輸入端，SR鎖存器SR1、SR2、SR3及SR4的輸出端Q分別輸出帶有死區(qū)時(shí)間的PWM信號(hào)1Y、2Y、3Y及4Υ；
[0010]柵驅(qū)動(dòng)推挽放大電路包括NPN型三極管Q5、PNP型三極管Q6、電阻R3、電解電容C3及隔離變壓器TR，三極管Q5的集電極連接電源，三極管Q5的發(fā)射極連接三極管Q6的發(fā)射極和電阻R3的一端，三極管Q6的集電極接地，三極管Q5的基極與三極管Q6的基極連接在一起作為柵驅(qū)動(dòng)推挽放大電路的輸入端連接死區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)整電路輸出的其中一個(gè)帶有死區(qū)時(shí)間的PWM信號(hào)1Y、2Y、3Y或4Y，電阻R3的另一端連接電解電容C3的正端，電解電容C3的負(fù)端連接隔離變壓器TR初級(jí)的同名端，變壓器TR初級(jí)的另一端接地，隔離變壓器TR次級(jí)的同名端輸出與柵驅(qū)動(dòng)推挽放大電路的輸入端連接對(duì)應(yīng)，連接DC/AC逆變器其中一個(gè)開(kāi)關(guān)管Q1、Q2、Q3或Q4的柵極。
[0011 ] 在上述電路的基礎(chǔ)上，還設(shè)有輸入繼電器和交流故障檢測(cè)電路，輸入繼電器連接于三相交流輸入與三相整流電路之間，輸入繼電器的輸出經(jīng)過(guò)交流故障檢測(cè)電路連接至STM32單片機(jī)，STM32單片機(jī)的控制端口輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)控制電路至輸入繼電器；交流故障檢測(cè)電路包括水泥電阻PH和輸入電流采樣電路，水泥電阻PH的一端連接三相交流輸入，水泥電阻PH的另一端經(jīng)過(guò)輸入電流采樣電路連接至STM32單片機(jī)的ADC采樣端口，STM32單片機(jī)的GP1端口輸出經(jīng)過(guò)由二極管D5、NPN型三極管TP2及電容C6構(gòu)成的控制電路控制輸入繼電器，STM32單片機(jī)的GP1端口輸出連接電容C6的一端和NPN型三極管TP2的基極，NPN型三極管TP2的發(fā)射極接地，NPN型三極管TP2的集電極連接二極管D5的陽(yáng)極和水泥電阻PH的一端，二極管D5的陰極連接水泥電阻PH的另一端，二極管D5的兩端連接輸入繼電器的控制端。
[0012]在上述電路的基礎(chǔ)上，還設(shè)有輸出繼電器和電池反接檢測(cè)電路，輸出繼電器連接于移相全橋電路中的輸出濾波與電池之間，電池輸入端經(jīng)過(guò)電池反接檢測(cè)電路連接至STM32單片機(jī)，STM32單片機(jī)的控制端口輸出的信號(hào)經(jīng)過(guò)控制電路至輸出繼電器；電池反接檢測(cè)電路包括二極管D6、電容C7、穩(wěn)壓二極管D7以及電阻RlO和R11，電池的輸入端連接二極管D6的陽(yáng)極，二極管D6的陰極連接電阻RlO的一端，電阻RlO的另一端與STM32單片機(jī)的GP1端口、電容C7的一端、穩(wěn)壓二極管D7的陰極、以及電阻Rll的一端連接在一起，STM32單片機(jī)的GP1端口輸出經(jīng)過(guò)由NPN型三極管TP1、電容C4和二極管D3構(gòu)成的控制電路控制輸出繼電器，STM32單片機(jī)的GP1端口輸出連接電容C4的一端和NPN型三極管TPl的基極，NPN型三極管TPl的發(fā)射極接地，NPN型三極管TPl的集電極連接二極管D3的陽(yáng)極，二極管D3的兩端連接輸出繼電器的控制端。
[0013]本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)及顯著效果:
[0014]I)本發(fā)明可以實(shí)現(xiàn)超前臂和滯后臂在全負(fù)載范圍內(nèi)的ZVS (零電壓開(kāi)關(guān))，實(shí)現(xiàn)了四個(gè)開(kāi)關(guān)管的軟開(kāi)關(guān)功能，降低了開(kāi)關(guān)管的損耗。提高了效率。
[0015]2)電路相對(duì)簡(jiǎn)單，無(wú)需專(zhuān)用電路的復(fù)雜控制，成本低，可靠性好。
[0016]3)死區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)整電路與一般的用模擬積分電路構(gòu)成死區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)整電路不同，該發(fā)明采用了數(shù)字可編程的有限狀態(tài)機(jī)和SR鎖存器構(gòu)成動(dòng)態(tài)死區(qū)調(diào)整電路。使死區(qū)時(shí)間的調(diào)整更為精確。
[0017]4)該死區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)整電路可以根據(jù)單片機(jī)采集到的輸出電壓和電流的值進(jìn)行快速的死區(qū)時(shí)間調(diào)整比模擬積分電路構(gòu)成的死區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)整電路調(diào)整速度更快。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1是本發(fā)明帶有死區(qū)動(dòng)態(tài)調(diào)整電路結(jié)構(gòu)的充電機(jī)方框圖；
[0019]圖2是傳統(tǒng)的死區(qū)時(shí)間調(diào)整電路原理圖；
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