1.本发明涉及电力电子技术领域，尤其是涉及一种电动汽车电源系统中的新型功率变换器。
背景技术：2.车载充电机在结构上可分为单级式结构和两级式结构。两级式结构的充电机由前级ac/dc变换器和后级dc/dc变换器组成，被广泛应用于各工业产品中。目前，两级式车载充电机的研究重点有:前级ac/dc变换器的功率因数校正(powerfactor correction,pfc)技术，磁集成技术、后级dc/dc变换器的软开关技术、结合动力电池荷电状态(stateof charge，soc)的多模态充放电控制策略等。
3.目前，国内外对车载充电机的研究主要集中在两部分：硬件拓扑和控制策略。而硬件拓扑和控制策略又可分为对前级ac/dc变换器的研究和对后级dc/dc变换器的研究。合适的硬件拓扑可以降低系统成本，提高功率密度；优化的控制策略可以提高充放电效率，提高整体充放电性能。
4.当前常用的ac/dc拓扑为boost-pfc变换器、无桥boost变换器、两电平pwm变换器、三电平pwm变换器等。其中，传统的boost-pfc 因为只有一个开关器件，电压电流应力较大，不适合大功率场合；无桥pfc存在较大的共模干扰，会产生较大的emi问题；对于多电平pwm变换器，器件过多会产生成本问题。后级dc/dc可选拓扑较多，但主要采用隔离型dc/dc变换器，同时为了实现较大功率的应用，通常选择移相全桥变换器、双有源桥变换器(dab)、 llc变换器等。移相全桥在应用中存在不少缺陷，比如在轻载时，滞后桥臂的zvs 不易实现；又比如变压器漏感的存在会导致占空比丢失现象，副边二极管容易产生电压尖峰，导致电压应力增大。dab存在回流功率大的缺陷，影响系统效率。传统llc电路结构简单，效率高，但是低压大电流场合时副边二极管产生损耗大。
技术实现要素：5.本发明的目的就是为了提供一种电动汽车电源系统中的新型功率变换器，同时满足车载充电机工作效率高、电网谐波低、输入输出稳定、体积小、功率密度高、可控性能优良、输出功率等级大、输出电压范围宽的要求。
6.本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
7.一种电动汽车电源系统中的新型功率变换器，包括：
8.辅助电源，用于给pfc数字控制单元和dc-dc数字控制单元供电；
9.还包括交错并联pfc单元、dc-dc单元，交错并联pfc单元的输入端与交流输入信号相连，输出端与dc-dc单元的输入端相连，dc-dc单元的输出端为直流输出信号，其中，
10.交错并联pfc单元包括交错并联pfc主电路、开关器件检测单元、pfc数字控制单元，其中，所述开关器件检测单元用于检测交错并联pfc主电路中的开关器件两端的漏源电压v
ds
，pfc数字控制单元用于控制交错并联pfc主电路中的开关器件；
11.dc-dc单元包括同步整流半桥llc电路、dc-dc数字控制单元，dc-dc 数字控制单元用于控制同步整流半桥llc电路中的开关器件。
12.所述pfc数字控制单元基于开关器件检测单元检测到的漏源电压v
ds
，确定过零信号zcd，并结合开关器件导通时间补偿策略，控制开关器件的导通与关断。
13.所述交错并联pfc单元的工作模式为crm模式。
14.所述同步整流半桥llc电路包括开关网络、谐振网络、变压隔离、整流器和滤波器。
15.所述交错并联pfc单元和dc-dc单元中的开关器件为modfet。
16.所述pfc数字控制单元和dc-dc数字控制单元采用ti公司的c2000 dsp控制芯片。
17.所述交错并联pfc单元的pf值大于0.99。
18.所述新型功率变换器还包括设于交流输入信号与交错并联pfc单元中间的整流滤波单元。
19.所述交错并联pfc单元还包括第一驱动保护单元，用于保护开关器件。
20.所述dc-dc单元还包括dc-dc检测单元和第二驱动保护单元，其中，所述dc-dc检测单元用于检测同步整流半桥llc电路的输出电压和电流，所述第二驱动保护单元用于保护开关器件。
21.与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
22.(1)本发明的功率变换器的前级利用的是交错并联boost-pfc整流技术，能够在增大功率密度的同时减小开关器件应力，并且具有较小的电流纹波。
23.(2)本发明的功率变换器的后级采用带同步整流功能的半桥llc谐振变换器，将传统半桥llc电路副边的整流二极管换成导通电阻较小的mosfet，显著降低了系统功耗，提高了变换器效率，同时还能实现软开关和宽电压输出，提高了整机效率。
附图说明
24.图1为本发明的新型功率变换器基本原理图；
25.图2为本发明的交错并联boost-pfc电路拓扑；
26.图3为本发明的同步整流半桥llc电路拓扑；
27.图4为本发明的整机控制原理图；
28.图5为本发明的开关器件检测单元的电路拓扑；
29.图6为软开关的工作波形图；
30.图7为交错并联pfc单元的工作波形图；
31.图8为dc-dc单元工作在谐振点时的电流波形图；
32.图9为本发明的新型功率变换器的直流输出波形图。
具体实施方式
33.下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
34.一种电动汽车电源系统中的新型功率变换器，如图1所示，包括：
35.(1)交错并联pfc单元
36.交错并联pfc单元的输入端与交流输入信号相连，输出端与dc-dc单元的输入端相连。
37.交错并联pfc单元包括：
38.①
交错并联pfc主电路，电路拓扑如图2所示；
39.②
开关器件检测单元，用于检测交错并联pfc主电路中的开关器件两端的漏源电压v
ds
，电路拓扑如图5所示；
40.③
pfc数字控制单元，基于开关器件检测单元检测到的漏源电压v
ds
，确定过零信号zcd，并结合开关器件导通时间补偿策略，控制交错并联pfc主电路中开关器件的导通与关断；
41.④
第一驱动保护单元，用于保护电路中的开关器件。
42.所述交错并联pfc单元中的开关器件为modfet。
43.所述交错并联pfc单元的工作模式为crm模式，并在此模式下，基于开关器件检测单元实现交错并联pfc主电路的软开关，所示软开关的工作波形图如图6 所示，其中，v
ds1
为交错并联pfc开关器件的漏源电压，v
dsp
为输入dsp的检测信号，当v
dsp
小于阈值信号值时，产生过零信号zcd，一旦dsp检测到过零信号 zcd，则产生控制mos管导通的驱动信号，v
gs1
变为高电平。
44.交错并联pfc单元的总输入电流为各支路电感电流的和，当每个pfc支路所对应的电感电流上升和下降趋势相反时，两者叠加后相互抵消，这样就减小输入电流纹波，又缩小了电感体积、提高了功率密度，同时交错并联结构可以有效地减小输出电容电流有效值，同时降低了电容电流应力，pfc变换器可靠性得到提升。交错并联pfc单元的工作波形图如图7所示。
45.(2)dc-dc单元
46.dc-dc单元的输出端为直流输出信号。
47.dc-dc单元包括：
48.①
同步整流半桥llc电路，电路拓扑如图3所示，包括开关网络、谐振网络、变压隔离、整流器和滤波器；
49.②
dc-dc数字控制单元，用于控制同步整流半桥llc电路中的开关器件；
50.③
dc-dc检测单元，用于检测同步整流半桥llc电路的输出电压和电流；
51.④
第二驱动保护单元，用于保护电路中的开关器件。
52.运用基波分析法对全桥llc谐振变换器建立稳态模型，分析了电压增益特性、输入阻抗特性，原边功率开关管实现zvs和副边整流管实现zcs的点，并对半桥 llc谐振变换器进行工作区域的划分。dc-dc单元工作在谐振点时的电流波形图如图8所示，在谐振频率点能够有效实现原边开关管的zvs以及副边开关管的zcs。
53.所述dc-dc单元中的开关器件为modfet。
54.(3)整流滤波单元
55.整流滤波单元设于交流输入信号与交错并联pfc单元中间，整流滤波单元包括整流滤波电路和整流滤波检测单元，所述整流滤波检测单元用于检测整流滤波后的输入电压和输入电流。
56.(4)辅助电源
57.辅助电源用于给pfc数字控制单元和dc-dc数字控制单元供电。
58.建立整机控制原理图如图4所示，对整机工作进行仿真验证，得到输出结果如图9所示，其中，额定输入220vac，经交错并联pfc单元得到400v直流电压，额定输出40v/10a，谐振频率50khz，pf值大于0.99，pfc数字控制单元和dc-dc 数字控制单元采用ti公司的c2000 dsp控制芯片。
59.以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思做出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依据本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理、或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在权利要求书所确定的保护范围内。
技术特征：1.一种电动汽车电源系统中的新型功率变换器，包括：辅助电源，用于给pfc数字控制单元和dc-dc数字控制单元供电；其特征在于，还包括交错并联pfc单元、dc-dc单元，交错并联pfc单元的输入端与交流输入信号相连，输出端与dc-dc单元的输入端相连，dc-dc单元的输出端为直流输出信号，其中，交错并联pfc单元包括交错并联pfc主电路、开关器件检测单元、pfc数字控制单元，其中，所述开关器件检测单元用于检测交错并联pfc主电路中的开关器件两端的漏源电压v
ds
，pfc数字控制单元用于控制交错并联pfc主电路中的开关器件；dc-dc单元包括同步整流半桥llc电路、dc-dc数字控制单元，dc-dc数字控制单元用于控制同步整流半桥llc电路中的开关器件。2.根据权利要求1所述的一种电动汽车电源系统中的新型功率变换器，其特征在于，所述pfc数字控制单元基于开关器件检测单元检测到的漏源电压v
ds
，确定过零信号zcd，并结合开关器件导通时间补偿策略，控制开关器件的导通与关断。3.根据权利要求1所述的一种电动汽车电源系统中的新型功率变换器，其特征在于，所述交错并联pfc单元的工作模式为crm模式。4.根据权利要求1所述的一种电动汽车电源系统中的新型功率变换器，其特征在于，所述同步整流半桥llc电路包括开关网络、谐振网络、变压隔离、整流器和滤波器。5.根据权利要求1所述的一种电动汽车电源系统中的新型功率变换器，其特征在于，所述交错并联pfc单元和dc-dc单元中的开关器件为modfet。6.根据权利要求1所述的一种电动汽车电源系统中的新型功率变换器，其特征在于，所述pfc数字控制单元和dc-dc数字控制单元采用ti公司的c2000 dsp控制芯片。7.根据权利要求1所述的一种电动汽车电源系统中的新型功率变换器，其特征在于，所述交错并联pfc单元的pf值大于0.99。8.根据权利要求1所述的一种电动汽车电源系统中的新型功率变换器，其特征在于，所述新型功率变换器还包括设于交流输入信号与交错并联pfc单元中间的整流滤波单元。9.根据权利要求1所述的一种电动汽车电源系统中的新型功率变换器，其特征在于，所述交错并联pfc单元还包括第一驱动保护单元，用于保护开关器件。10.根据权利要求1所述的一种电动汽车电源系统中的新型功率变换器，其特征在于，所述dc-dc单元还包括dc-dc检测单元和第二驱动保护单元，其中，所述dc-dc检测单元用于检测同步整流半桥llc电路的输出电压和电流，所述第二驱动保护单元用于保护开关器件。
技术总结本发明涉及一种电动汽车电源系统中的新型功率变换器，包括交错并联PFC单元、DC-DC单元，交错并联PFC单元的输入端与交流输入信号相连，输出端与DC-DC单元的输入端相连，DC-DC单元的输出端为直流输出信号，其中，交错并联PFC单元包括交错并联PFC主电路、开关器件检测单元、PFC数字控制单元，所述开关器件检测单元用于检测交错并联PFC主电路中的开关器件两端的漏源电压V
技术研发人员：刘斯万 张海燕 贾汝 史伟超 段声涛
受保护的技术使用者：上海电机学院
技术研发日：2022.07.20
技术公布日：2022/11/1
