充电桩辅助电源功率因数校正电路及充电桩的制作方法

1.本实用新型实施例涉及功率因数校正技术领域，尤其涉及一种充电桩辅助电源功率因数校正电路及充电桩。


背景技术：

2.一般充电桩辅助电源的前级交直流变换多采用整流桥进行整流,电流谐波含量过高,不仅会对造成电能巨大浪费,而且会对电力系统产生严重污染,影响到整个电力系统的电气环境。并且充电桩辅助电源是一种电容输入型电路，其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失，降低功率因数。通常中小功率开关电源都采用填谷电路式功率因数校正,但针对充电桩辅助电源大功率开关电源的功率因数校正仍有不足。


技术实现要素：

3.本实用新型提供一种充电桩辅助电源功率因数校正电路及充电桩，提高开关电源的功率因数，提高电网的供电质量，降低电路成本。
4.第一方面，本实用新型实施例提供了一种充电桩辅助电源功率因数校正电路，包括第一充放电模块、第二充放电模块、第三充放电模块和两个单向导通模块；
5.所述第一充放电模块、所述第二充放电模块与所述第三充放电模块之间分别通过所述单向导通模块串联连接，所述第一充放电模块的第一端与正极输入端连接，所述第一充放电模块的第二端与负极输入端连接；所述第二充放电模块与所述第一充放电模块并联连接；所述第三充放电模块与所述第二充放电模块并联连接；所述单向导通模块用于在充电阶段提供各充放电模块之间的串联回路；所述第一充放电模块、所述第二充放电模块与所述第三充放电模块用于在所述充电阶段依次充电，还用于在放电阶段依次为负载提供电源；其中，所述第一充放电模块、所述第二充放电模块和所述第三充放电模块的充电量相等。
6.可选的，所述第一充放电模块包括第一电容和第一并联开关单元；每个所述单向导通模块包括第一二极管；
7.所述第一电容的正极与所述正极输入端连接，所述第一电容的负极与第一个所述第一二极管的正极连接；第一个所述第一二极管的负极与所述第二充放电模块连接；
8.所述第一并联开关单元的第一端与所述第一电容的负极连接；所述第一并联开关单元的第二端与所述负极输入端连接；所述第一并联开关单元用于在所述第一充放电模块放电阶段提供并联放电回路。
9.可选的，所述第一并联开关单元包括第二二极管；所述第二二极管的正极与所述负极输入端连接；所述第二二极管的负极与所述第一电容的负极连接；所述第二二极管用于在所述第一电容放电阶段导通并联放电回路。
10.可选的，所述第二充放电模块包括第二电容、第二并联开关单元和第四并联开关单元；
11.所述第二电容的正极与第一个所述第一二极管的负极连接；所述第二电容的负极与第二个所述第一二极管的正极连接；
12.所述第二电容的正极与所述第二并联开关单元的第一端连接；所述第二并联开关单元的第二端与所述正极输入端连接；所述第二电容的负极与所述第四并联开关单元的第一端连接；所述第四并联开关单元的第二端与所述负极输入端连接；所述第二并联开关单元和所述第四并联开关单元用于在所述第二充放电模块放电阶段提供并联放电回路。
13.可选的，所述第二并联开关单元包括第三二极管；所述第四并联开关单元包括第四二极管；
14.所述第三二极管的正极与所述第二电容的正极连接；所述第三二极管的负极与所述负极输入端连接；所述第四二极管的正极与所述负极输入端连接；所述第四二极管的负极与所述第二电容的负极连接；所述第三二极管和所述第四二极管用于在所述第二电容放电阶段导通并联放电回路。
15.可选的，所述第三充放电模块包括第三电容和第三并联开关单元；
16.所述第三电容的正极与第二个所述第一二极管的负极连接；所述第三电容的负极与所述负极输入端连接；所述第三电容的正极与所述第三并联开关单元的第一端连接；所述第三并联开关单元的第二端与所述正极输入端连接；所述第三并联开关单元用于在所述第三充放电模块放电阶段提供并联放电回路。
17.可选的，所述第三并联开关单元包括第五二极管；所述第五二极管的正极与所述第三电容的正极连接；所述第五二极管的负极连接所述正极输入端；所述第五二极管用于在所述第三电容放大电阶段导通并联放电回路。
18.可选的，所述充电桩辅助电源功率因数校正电路还包括加速放电模块；所述加速放电模块与所述第一电容并联连接；所述加速放电模块用于增大所述第一电容放电阶段的放电速度。
19.可选的，所述加速放电模块包括第二电阻和第三电阻；所述第二电阻和所述第三电阻串联后，与所述第一电容并联连接。
20.第二方面，本发明实施例提供了一种充电桩，包括本实用新型实施例任意所述的充电桩辅助电源功率因数校正电路。
21.本实用新型提供的技术方案，在第一充放电模块、第二充放电模块和第三充放电模块充电阶段利用单向导通模块将第一充放电模块、第二充放电模块和第三充放电模块串联进行依次充电，当交流电网输出的交流电压到达峰值电压时,各充放电模块充电完成，当交流电压从峰值电压开始下降时，单向导通模块均截止，串联回路被截止，各个充放电模块进入并联放电阶段。第一充放电模块、第二充放电模块和第三充放电模块在放电阶段形成并联回路，依次进行放电维持负载供电电流。通过各充放电模块的放电过程增加了整流管输出的导通角，提高开关电源的功率因数，通过放电补偿交流输出使交流电流接近正弦波，提高电网的供电质量，并且电路硬件结构简单，进一步降低电路成本。
附图说明
22.图1为本实用新型实施例提供的一种充电桩辅助电源功率因数校正电路的结构示意图。
23.图2为本实用新型实施例提供的又一种充电桩辅助电源功率因数校正电路的结构示意图。
24.图3为本实用新型实施例提供的又一种充电桩辅助电源功率因数校正电路的结构示意图。
25.图4为本实用新型实施例提供的又一种充电桩辅助电源功率因数校正电路的结构示意图。
26.图5为本实用新型实施例提供的又一种充电桩辅助电源功率因数校正电路的结构示意图。
具体实施方式
27.为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
28.一般充电桩辅助电源前级交直流变换多采用整流桥进行整流，由于整流桥所采用的整流二极管等电子器件属于非线性元器件，在交流输入正弦波电压时，交流输入电流的波形会放生失真，变成尖峰脉冲，其特点是整流二极管的导通角显著变小，尽管电流的有效值大，但电流平均值明显变小。因此会造成电能巨大浪费,且充电桩辅助电源是一种电容输入型电路，其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失，因此提高充电桩辅助电源的功率校正因数具有重要意义。
29.有鉴于此，图1为本实用新型实施例提供的一种充电桩辅助电源功率因数校正电路的结构示意图，参见图1，充电桩辅助电源功率因数校正电路170包括第一充放电模块110、第二充放电模块120、第三充放电模块130和两个单向导通模块。
30.第一充放电模块110、第二充放电模块120与第三充放电模块130之间分别通过单向导通模块串联连接，第一充放电模块110的第一端与正极输入端连接，第一充放电模块110的第二端与负极输入端连接。第二充放电模块120与第一充放电模块110并联连接。第三充放电模块130与第二充放电模块120并联连接。单向导通模块用于在充电阶段提供各充放电模块之间的串联回路。第一充放电模块110、第二充放电模块120与第三充放电模块130用于在充电阶段依次充电，还用于在放电阶段依次为负载提供电源。其中，第一充放电模块110、第二充放电模块120和第三充放电模块130的充电量相等。
31.具体的，充电桩辅助电源的交流电网160接入整流桥150，整流桥150电路的正极端作为正极输入端，整流桥150电路的负极端作为负极输入端，第一充放电模块110的一端接入正极输入端，第一充放电模块110的另一端接入负极输入端，第二充放电模块120和第三充放电模块130分别与第一充放电模块110并联连接，其中，负载140接入负极输入端和正极输入端。第一充放电模块110与第二充放电模块120之间通过第一个单向导通模块170串联连接，第二充放电模块120与第三充放电模块130之间通过第二个单向导通模块180串联连接，在第一充放电模块110、第二充放电模块120和第三充放电模块130充电阶段，单向导通模块均导通，此时正极输入端、第一充放电模块110、第二充放电模块120、第三充放电模块
130和负极输入端形成串联回路，交流电网输出的交流电压分别向第一充放电模块110、第二充放电模块120和第三充放电模块130进行充电，同时向负载提供电流。示例性的以交流电压在一个正弦周期内的正半周期为例，当交流电压到达峰值电压的过程，各个充放电模块进入串联充电阶段，当交流电压到达峰值电压则各个充放电模块充电完成。峰值电压下降过程，单向导通模块均截止，串联回路被截止，各个充放电模块进入并联放电阶段。第一充放电模块110、第二充放电模块120和第三充放电模块130在放电阶段形成并联回路，依次进行放电维持负载供电电流。通过各个充放电模块依次放电，对整流桥150输出的尖峰脉冲进行续流补偿，使输入负载的电流波形从尖峰脉冲变为接近于正弦波，能大幅度地提高功率因数。其中，第一充放电模块110、第二充放电模块120和第三充放电模块130的充电量相等，因此放电量也是相同的，有利于各个充放电模块的放电电流对输入的交流电流进行均匀补偿，进一步提高电网的供电质量。
32.本实用新型提供的技术方案，在第一充放电模块、第二充放电模块和第三充放电模块充电阶段利用单向导通模块将第一充放电模块、第二充放电模块和第三充放电模块串联进行依次充电，当交流电网输出的交流电压到达峰值电压时,各充放电模块充电完成，当交流电压从峰值电压开始下降时，单向导通模块均截止，串联回路被截止，各个充放电模块进入并联放电阶段。第一充放电模块、第二充放电模块和第三充放电模块在放电阶段形成并联回路，依次进行放电维持负载供电电流。通过各充放电模块的放电过程增加了整流管输出的导通角，提高开关电源的功率因数，通过放电补偿交流输出使交流电流接近正弦波，提高电网的供电质量，并且电路硬件结构简单，进一步降低电路成本。
33.基于上述实施例，图2为本实用新型实施例提供的又一种充电桩辅助电源功率因数校正电路的结构示意图，参见图2，第一充放电模块110包括第一电容c1和第一并联开关单元210。每个单向导通模块包括第一二极管。
34.第一电容c1的正极与正极输入端连接，第一电容c1的负极与第一个第一二极管d2的正极连接。第一个第一二极管d2的负极与第二充放电模块120连接。
35.第一并联开关单元210的第一端与第一电容c1的负极连接。第一并联开关单元210的第二端与负极输入端连接。第一并联开关单元210用于在第一充放电模块110放电阶段提供并联放电回路。
36.具体的，第一个第一二极管d2和第二充放电模块120之间还可以串联一个限流电阻r3，开机时可以限制第一电容c1和第二充放电模块120的冲击电流。示例性的以交流电压在一个正弦周期为例，设峰值电压为up，整流桥输出的脉动直流电压为ub，第一电容c1、第二充放电模块120和第三充放电模块130的充电量相等，充电量的总电压为ua，在交流电网160输出的交流电压在正半周期内的上升阶段时,脉动直流电压ub大于总电压ua，第一个第一二极管d2和第二个第一二极管d5电压关系正向偏置导通,正极输入端、第一电容c1,第一个第一二极管d2,限流电阻r3,第二充放电模块120、第二个第一二极管d5、第三充放电模块130和负极输入端形成串联回路，第一电容c1进行充电。当总电压ua到达峰值电压up时，第一电容c1和第二充放电模块120和第三充放电模块130充电完成，第一电容c1和第二充放电模块120和第三充放电模块130存储的电量相等，因此第一电容c1和第二充放电模块120和第三充放电模块130的压降相等。当峰值电压up下降到三分之二峰值电压up过程中，第一电容c1进行放电，第一个第一二极管d2截止和第二个第一二极管d5截止，第一并联开关单元
210导通，第一电容c1通过负载140和第一并联开关单元210迅速放电。此时，第二充放电模块120和第三充放电模块130停止充电，并不放电。
37.继续参见图2，第一并联开关单元210包括第二二极管d1。第二二极管d1的正极与负极输入端连接。第二二极管d1的负极与第一电容c1的负极连接。第二二极管d1用于在第一电容c1放电阶段导通并联放电回路。具体的，第一电容c1进行放电时，第二二极管d1被正向偏置导通，第一电容c1通过负载140和第二二极管d1迅速放电为负载140进行供电。
38.基于上述实施例，图3为本实用新型实施例提供的又一种充电桩辅助电源功率因数校正电路的结构示意图，参见图3，第二充放电模块120包括第二电容c2、第二并联开关单元310和第四并联开关单元320。
39.第二电容c2的正极与第一个第一二极管d2的负极连接。第二电容c2的负极与第二个第一二极管d5的正极连接。
40.第二电容c2的正极与第二并联开关单元310的第一端连接。第二并联开关单元310的第二端与正极输入端连接。第二电容c2的负极与第四并联开关单元320的第一端连接。第四并联开关单元320的第二端与负极输入端连接。第二并联开关单元310和第四并联开关单元320用于在第二充放电模块120放电阶段提供并联放电回路。
41.具体的，第一电容c1、第二电容c2和第三充放电模块130的充电量相等，在交流输出在正半周期内的上升阶段时,脉动直流电压ub大于总电压ua，第二电容c2进行充电，当峰值电压up从峰值电压的三分之二下降到峰值电压三分之一过程中,第一个第一二极管d2截止和第二个第一二极管d5截止，第二电容c2通过第二并联开关单元310、负载140和第四并联开关单元320迅速放电，维持负载上电流,此时，第三充放电模块130不充电也不放电。
42.继续参见图3，第二并联开关单元310包括第三二极管d3。第四并联开关单元320包括第四二极管d4。
43.第三二极管d3的正极与第二电容c2的正极连接。第三二极管d3的负极与负极输入端连接。第四二极管d4的正极与负极输入端连接。第四二极管d4的负极与第二电容c2的负极连接。第三二极管d3和第四二极管d4用于在第二电容c2放电阶段导通并联放电回路。
44.具体的，当输入的峰值电压up从峰值电压的三分之二下降到峰值电压三分之一过程,第一个第一二极管d2截止和第二个第一二极管d5截止，第三二极管d3和第四二极管d4被正向偏置变成导通状态，第二电容c2通过第三二极管d3、负载140和第四二极管d4迅速放电，维持负载140上电流。
45.基于上述实施例，图4为本实用新型实施例提供的又一种充电桩辅助电源功率因数校正电路的结构示意图，参见图4，第三充放电模块130包括第三电容c3和第三并联开关单元410。
46.第三电容c3的正极与第二个第一二极管d5的负极连接。第三电容c3的负极与负极输入端连接。第三电容c3的正极与第三并联开关单元410的第一端连接。第三并联开关单元410的第二端与正极输入端连接。第三并联开关单元410用于在第三充放电模块130放电阶段提供放电回路。
47.具体的，第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3的容值相等，即充电量相等，第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3压降相等。在交流电压输出在正半周期内的上升阶段时,脉动直流电压ub大于总电压ua，第三电容c3进行充电，当输入的峰值电压up从峰值电压的
三分之一下降至零的过程,第一个第一二极管截止d2和第二个第一二极管d5截止，第三电容c3通过第三并联开关单元410和负载140迅速放电，维持负载上电流。
48.充电桩辅助电源由交流电网供电，交流电网除了向负载提供电流，还在给第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3进行充电。当交流电网的交流电压从峰值峰值电压开始下降时,第一电容c1、第二电容c2和第三电容c3上存储的电荷放电给负载供电。进入交流电负半周期后，工作过程同交流输出的正半周期一致,利用整流桥后接入功率因数校正电路来大幅度增加整流管的导通角，通过电流补偿使输入的交流电流从尖峰脉冲变为接近正弦波的波形，可以将功率因素提高到0.9以上。
49.继续参见图4，第三并联开关单元包括第五二极管d6。第五二极管d6的正极与第三电容c3的正极连接。第五二极管d6的负极连接正极输入端。第五二极管d6用于在第三电容c3放大电阶段导通并联放电回路
50.具体的，当输入的峰值电压up从峰值电压的三分之一下降零过程,第一个第一二极管d2截止和第二个第一二极管d5截止，第三电容c3通过第五二极管d6和负载140迅速放电，维持负载上电流。
51.基于上述实施例，图5为本实用新型实施例提供的又一种充电桩辅助电源功率因数校正电路的结构示意图，参见图5，充电桩辅助电源功率因数校正电路还包括加速放电模块510。加速放电模块510与第一电容c1并联连接。加速放电模块510用于增大第一电容c1放电阶段的放电速度。
52.具体的，加速放电模块510与第一电容并联，在第一电容c1放电时，加大第一电容c1的放电速度，提高交流信号的通过能力。继续参见图5，加速放电模块包括第二电阻r1和第三电阻r2。第二电阻r1和第三电阻r2串联后，与第一电容c1并联连接。具体的，将第二电阻r1和第三电阻r2串联后与第一电容c1并联起到滤波并加快第一电容的放电速度。
53.本发明实施例还提供了一种充电桩，包括本实用新型实施例任意的充电桩辅助电源功率因数校正电路。
54.具体的，充电桩可以固定在地面或墙壁，安装于公共建筑(公共楼宇、商场、公共停车场等)和居民小区停车场或充电站内，可以根据不同的电压等级为各种型号的电动汽车或可充电设备进行充电。充电桩的输入端与交流电网直接连接，输出端通过充电插头输出充电电流。因其包括本实用新型实施例任一实施例提供的充电桩辅助电源功率因数校正电路，因而也具有相同的有益效果，在此不再赘述。
55.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。