一种快速充电电路
文献发布时间:2023-06-19 11:02:01
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。
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