一种快速充电电路

技术领域

本发明涉及一种电源模块设计领域，具体是一种快速充电电路。

背景技术

传统硅材料在电源转换上应用发展以及有几十年了，目前，硅材料已经到达它的物理极限，由于高空作业车、电动车、乘用车空间较小，充电器体积较大，功率不够，故不能满足需求；长期以来，提升电源系统功率密度，效率以及系统的可靠性一直是研发人员面临的重大课题。提升电源的开关频率是其中的方法之一，但是频率的提升会影响到功率器件的开关损耗，使得提升频率对硬开关拓扑来说效果并不十分明显，硬开关拓扑已经达到了它的设计瓶颈，以氮化镓GaN作为核心功率管的双半桥LLC拓扑电路，具有500KHZ超高工作频率，极低的开关损耗，效率高达98％，能够实现超快速度充电，且具有电源模块体积小、重量轻，高功率密度等优点，在大功率充电器领域采用最新氮化镓GaN第三代半导体器件，实现全新ARM带DSP双核心快速充电控制技术。

为此，发明人综合各类因素提出了一种快速充电电路。

发明内容

本发明的目的在于提供一种快速充电电路，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种快速充电电路，包括双半桥LLC电路拓扑快速充电模块以及控制模块，双半桥LLC电路拓扑快速充电模块中四个晶体管为氮化镓晶体管，组成氮化镓双半桥LLC电路拓扑快速充电模块；氮化镓双半桥LLC电路拓扑快速充电模块包括依次连接的恒压模块以及充电模块；恒压模块包括输入电路和输出电路，充电模块包括滤波电路和切换电路；输入电路、输出电路、滤波电路以及切换电路组成氮化镓双半桥LLC电路拓扑快速充电模块；所述控制模块为快速充电嵌入器控制模块。

作为本发明的进一步技术方案：所述快速充电嵌入器控制模块包括主控芯片，主控芯片分别连接输入电路、输出电路、滤波电路和切换电路。

作为本发明的再进一步技术方案：所述输入电路包括顺序编号的电容C1至电容C20、顺序编号的电阻R1至电阻R10、顺序编号的电阻R15至电阻R23、顺序编号的MOS管Q1至MOS管Q4、顺序编号的接口P1至接口P4、顺序编号的二极管D5至二极管D12、变压器T1、变压器T2和顺序编号的电感L1至电感L4；

电容C1的正极接电容C2的一端以及电阻R20的一端并接MOS管Q1的漏级；电容C1的负极接电容C2的另一端以及电容C6的另一端并接地；电容C6的另一端接接口P2并接地；接口P1接电容C1的正极；电阻R1的一端接电阻R8的一端以及主控芯片U1的PX1脚，电阻R1的另一端接电阻R3的一端以及二极管D8的正极；电阻R8的另一端接二极管D8的负极；电阻R3的另一端接电阻R5的一端以及二极管D5的负极并接MOS管Q1的栅极；电阻R5的另一端接二极管D5的正极以及MOS管Q1的源极并接主控芯片U1的PX2脚；MOS管Q1的源极接MOS管Q4的漏级以及电容C8的一端并接电容C9的一端；电容C8的另一端接电容C9的另一端并接变阻器T1的1脚；

电阻R10的一端接电阻R21的一端以及主控芯片U1的PX3脚；电阻R10的另一端接电阻R15的一端以及二极管D9的正极，二极管D9的负极接电阻R21的另一端；电阻R15的另一端接MOS管Q4的栅极；电阻R17的一端接二极管D7的负极并接MOS管Q4的栅极；电阻R17的另一端接二极管D7的正极以及电阻R2的一端并接MOS管Q4的源极；电阻R2的另一端接电感L3的2脚以及变阻器T1的2脚并接主控芯片U1的PX4脚；电感L3的1脚与接口P4连接并接+300V电源；电感L3的3脚接主控芯片U1的PX5脚；电感L3的4脚接主控芯片U1的PX6脚；

电阻R20的另一端接电容C7的一端；电容C7的另一端接电阻R22的一端以及MOS管Q2的漏级并接+300V电源；电阻R22的另一端接电容C3的一端；电容C3的另一端接地；电阻R7的一端接电阻R9的一端以及主控芯片U1的PX7脚，电阻R7的另一端接电阻R4的一端以及二极管D10的正极；电阻R9的另一端接二极管D10的负极；电阻R4的另一端接电阻R6的一端以及二极管D6的负极并接MOS管Q2的栅极；电阻R6的另一端接二极管D6的正极以及MOS管Q2的源极并接主控芯片U1的PX8脚；MOS管Q2的源极接电容C4的一端以及电容C5的一端并接MOS管Q3的漏级；电容C4的另一端接电容C5的另一端并接变阻器T2的1脚；

电阻R23的一端接电阻R19的一端以及主控芯片U1的PX9脚；电阻R23的另一端接电阻R16的一端以及二极管D11的正极，二极管D11的负极接电阻R19的另一端；电阻R16的另一端接MOS管Q3的栅极；电阻R18的一端接二极管D12的负极并接MOS管Q3的栅极；电阻R18的另一端接二极管D12的正极以及MOS管Q3的源极并接主控芯片U1的PX10脚；MOS管Q3的源极接电感L4的2脚并接变阻器T2的2脚；电感L4的1脚与接口P3连接并接地；电感L4的3脚接主控芯片U1的PX11脚；电感L4的4脚接主控芯片U1的PX12脚。

作为本发明的再进一步技术方案：所述输出电路包括顺序编号的电阻R11至电阻R14，顺序编号的二极管D1至二极管D4，电阻R11的一端接电阻R12的一端以及变压器T2的4脚并接主控芯片U1的PX13脚；电阻R11的另一端接电阻R12的另一端以及主控芯片U1的PX14脚并接地；电阻R13的一端接电阻R14的一端以及变压器T1的4脚并接主控芯片U1的PX15脚；电阻R13的另一端接电阻R14的另一端以及主控芯片U1的PX16脚并接地；二极管D1的正极接变压器T2的5脚；二极管D2的正极接变压器T2的3脚；二极管D3的正极接变压器T1的3脚；二极管D4的正极接变压器T1的5脚；二极管D1的负极接二极管D2的负极、二极管D3的负极以及二极管D4的负极并接主控芯片U1的PX17脚。

作为本发明的再进一步技术方案：所述滤波电路包括顺序编号的电容C10至电容C19、电阻R27、电阻R28、接口P5、接口P6和继电器K1，电容C10的一端接电容C11的正极、电容C12的正极、电容C13的一端、电容C14的一端、电容C15的一端、电容C16的一端、电容C17的一端、电容C18的一端以及电阻R28的一端并接继电器K1的5脚；接口P6与继电器K1的5脚连接并接主控芯片U1的PX18脚；电阻R28的另一端接电阻R27的一端；电阻R27的另一端接主控芯片U1的PX19脚；电容C10的另一端接电容C11的负极、电容C12的负极、电容C14的一端、电容C15的另一端、电容C16的另一端、电容C17的另一端、电容C18的另一端以及电容C19的一端并接主控芯片U1的PX20脚；电容C13的另一端接电容C14的另一端并接地；电容C19的另一端接接口P5并接地。

作为本发明的再进一步技术方案：所述切换电路包括接口P7、保险丝F1、保险丝F2、电容C20、顺序编号的电阻R24至电阻R26和二极管D13，接口P7接继电器K1的4脚并接主控芯片U1的PX21脚；保险丝F1的一端接保险丝F2的一端并接继电器K1的3脚；保险丝F1的另一端接保险丝F2的另一端、电容C20的一端以及电阻R24的一端并接主控芯片U1的PX22脚；电容C20的另一端接地；电阻R24的另一端接电阻R25的一端；电阻R25的另一端接主控芯片U1的PX23脚；二极管D13的负极接继电器K1的1脚以及电阻R26的一端；电阻R26的另一端接+12V电源；二极管D13的正极接继电器K1的2脚以及主控芯片U1的PX24脚。

作为本发明的再进一步技术方案：所述Q1、Q2、Q4以及Q5为氮化镓GaN晶体管；C8、C9、C10以及C38为揩振电容；L1以及L2为揩振电感；T1以及T3为高频高功率密度变压器；D2以及D5为肖特极快恢复二极管；R27、R28、R11以及R12为电流采样电阻；C12以及C13为滤波电解电容；K2为充电继电器；F1以及F2为输出过流保险丝。

作为本发明的再进一步技术方案：所述主控芯片U1的型号为STM32G474VET6。

与现有技术相比，本发明具有以下几个方面的有益效果：

1、本发明提供一种快速充电电路，本发明基于氮化镓GaN作为核心功率管双半桥LLC拓扑电路，具有500KHZ超高工作频率，极低开关损耗，效率高达98％、超快充电速度，电源模块体积小、重量轻，高功率密度等优点，在大功率充电器领域采用最新氮化镓GaN第三代半导体器件，本发明有效解决了高空作业车、电动车、乘用车空间较小，充电器体积较大，功率不够，故不能满足的技术问题；

2、本发明进一步设计全新ARM带DSP双核心快速充电控制技术，采用STM32G474VET6芯片为基础的快速充电嵌入器控制器，双核心快速充电控制提高充电管理效率和安全。

附图说明

图1为一种快速充电电路的系统结构框图；

图2为一种快速充电电路中恒压模块的电路图；

图3为一种快速充电电路中充电模块的电路图；

图4为一种快速充电电路中快速充电嵌入器控制器ARM原理图；

图中：1、主板；11、主控芯片；12、恒压模块；121、输入电路；122、输出电路；13、充电模块；131、滤波电路；132、切换电路。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-4，一种快速充电电路，包括主板1，所述主板1上设有主控芯片11、恒压模块12和充电模块13，恒压模块12包括输入电路121和输出电路122，充电模块13包括滤波电路131和切换电路132，主控芯片11分别连接输入电路121、输出电路122、滤波电路131和切换电路132，所述主控芯片U1的型号为STM32G474VET6，输入电路121包括顺序编号的电容C1至电容C20、顺序编号的电阻R1至电阻R10、顺序编号的电阻R15至电阻R23、顺序编号的MOS管Q1至MOS管Q4、顺序编号的接口P1至接口P4、顺序编号的二极管D5至二极管D12、变压器T1、变压器T2和顺序编号的电感L1至电感L4；

电容C1的正极接电容C2的一端以及电阻R20的一端并接MOS管Q1的漏级；电容C1的负极接电容C2的另一端以及电容C6的另一端并接地；电容C6的另一端接接口P2并接地；接口P1接电容C1的正极；电阻R1的一端接电阻R8的一端以及主控芯片U1的PX1脚，电阻R1的另一端接电阻R3的一端以及二极管D8的正极；电阻R8的另一端接二极管D8的负极；电阻R3的另一端接电阻R5的一端以及二极管D5的负极并接MOS管Q1的栅极；电阻R5的另一端接二极管D5的正极以及MOS管Q1的源极并接主控芯片U1的PX2脚；MOS管Q1的源极接MOS管Q4的漏级以及电容C8的一端并接电容C9的一端；电容C8的另一端接电容C9的另一端并接变阻器T1的1脚；

电阻R10的一端接电阻R21的一端以及主控芯片U1的PX3脚；电阻R10的另一端接电阻R15的一端以及二极管D9的正极，二极管D9的负极接电阻R21的另一端；电阻R15的另一端接MOS管Q4的栅极；电阻R17的一端接二极管D7的负极并接MOS管Q4的栅极；电阻R17的另一端接二极管D7的正极以及电阻R2的一端并接MOS管Q4的源极；电阻R2的另一端接电感L3的2脚以及变阻器T1的2脚并接主控芯片U1的PX4脚；电感L3的1脚与接口P4连接并接+300V电源；电感L3的3脚接主控芯片U1的PX5脚；电感L3的4脚接主控芯片U1的PX6脚；

电阻R20的另一端接电容C7的一端；电容C7的另一端接电阻R22的一端以及MOS管Q2的漏级并接+300V电源；电阻R22的另一端接电容C3的一端；电容C3的另一端接地；电阻R7的一端接电阻R9的一端以及主控芯片U1的PX7脚，电阻R7的另一端接电阻R4的一端以及二极管D10的正极；电阻R9的另一端接二极管D10的负极；电阻R4的另一端接电阻R6的一端以及二极管D6的负极并接MOS管Q2的栅极；电阻R6的另一端接二极管D6的正极以及MOS管Q2的源极并接主控芯片U1的PX8脚；MOS管Q2的源极接电容C4的一端以及电容C5的一端并接MOS管Q3的漏级；电容C4的另一端接电容C5的另一端并接变阻器T2的1脚；

电阻R23的一端接电阻R19的一端以及主控芯片U1的PX9脚；电阻R23的另一端接电阻R16的一端以及二极管D11的正极，二极管D11的负极接电阻R19的另一端；电阻R16的另一端接MOS管Q3的栅极；电阻R18的一端接二极管D12的负极并接MOS管Q3的栅极；电阻R18的另一端接二极管D12的正极以及MOS管Q3的源极并接主控芯片U1的PX10脚；MOS管Q3的源极接电感L4的2脚并接变阻器T2的2脚；电感L4的1脚与接口P3连接并接地；电感L4的3脚接主控芯片U1的PX11脚；电感L4的4脚接主控芯片U1的PX12脚；

所述输出电路122包括顺序编号的电阻R11至电阻R14，顺序编号的二极管D1至二极管D4，电阻R11的一端接电阻R12的一端以及变压器T2的4脚并接主控芯片U1的PX13脚；电阻R11的另一端接电阻R12的另一端以及主控芯片U1的PX14脚并接地；电阻R13的一端接电阻R14的一端以及变压器T1的4脚并接主控芯片U1的PX15脚；电阻R13的另一端接电阻R14的另一端以及主控芯片U1的PX16脚并接地；二极管D1的正极接变压器T2的5脚；二极管D2的正极接变压器T2的3脚；二极管D3的正极接变压器T1的3脚；二极管D4的正极接变压器T1的5脚；二极管D1的负极接二极管D2的负极、二极管D3的负极以及二极管D4的负极并接主控芯片U1的PX17脚；

所述滤波电路131包括顺序编号的电容C10至电容C19、电阻R27、电阻R28、接口P5、接口P6和继电器K1，电容C10的一端接电容C11的正极、电容C12的正极、电容C13的一端、电容C14的一端、电容C15的一端、电容C16的一端、电容C17的一端、电容C18的一端以及电阻R28的一端并接继电器K1的5脚；接口P6与继电器K1的5脚连接并接主控芯片U1的PX18脚；电阻R28的另一端接电阻R27的一端；电阻R27的另一端接主控芯片U1的PX19脚；电容C10的另一端接电容C11的负极、电容C12的负极、电容C14的一端、电容C15的另一端、电容C16的另一端、电容C17的另一端、电容C18的另一端以及电容C19的一端并接主控芯片U1的PX20脚；电容C13的另一端接电容C14的另一端并接地；电容C19的另一端接接口P5并接地；

所述切换电路132包括接口P7、保险丝F1、保险丝F2、电容C20、顺序编号的电阻R24至电阻R26和二极管D13，接口P7接继电器K1的4脚并接主控芯片U1的PX21脚；保险丝F1的一端接保险丝F2的一端并接继电器K1的3脚；保险丝F1的另一端接保险丝F2的另一端、电容C20的一端以及电阻R24的一端并接主控芯片U1的PX22脚；电容C20的另一端接地；电阻R24的另一端接电阻R25的一端；电阻R25的另一端接主控芯片U1的PX23脚；二极管D13的负极接继电器K1的1脚以及电阻R26的一端；电阻R26的另一端接+12V电源；二极管D13的正极接继电器K1的2脚以及主控芯片U1的PX24脚。

本发明的工作原理是：本发明提供一种快速充电电路，本发明基于氮化镓GaN作为核心功率管双半桥LLC拓扑电路，具有500KHZ超高工作频率，极低开关损耗，效率高达98％、超快充电速度，电源模块体积小、重量轻，高功率密度等优点，在大功率充电器领域采用最新氮化镓GaN第三代半导体器件，本发明有效解决了高空作业车、电动车、乘用车空间较小，充电器体积较大，功率不够，故不能满足的技术问题；本发明进一步设计全新ARM带DSP双核心快速充电控制技术，采用STM32G474VET6芯片为基础的快速充电嵌入器控制器，双核心快速充电控制提高充电管理效率和安全。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。