一种隔离式ACDC变换器、充电设备及电源系统

摘要

本申请公开了一种隔离式ACDC变换器、充电设备及电源系统，包括：PFC滤波器的输入端连接交流电；PFC电路的输入端连接PFC滤波器的输出端；PFC电路的输出端连接DCDC电路的输入端；DCDC电路包括变压器，变压器包括：原边绕组、副边绕组和第一屏蔽层；第一屏蔽层设置于原边绕组和副边绕组之间，第一屏蔽层连接PFC滤波器，阻断干扰信号传递至副边绕组。避免干扰源通过变压器的原边绕组传递至副边绕组，变压器原边绕组的干扰信号通过第一屏蔽层传递回PFC滤波器，形成共模回路，阻断干扰信号传递至副边绕组，该方案不需要额外增加EMC滤波器，增加一层屏蔽层，容易实现，尺寸和体积均不会增加太大。

说明书

技术领域

本申请涉及电力电子技术领域，具体涉及一种隔离式ACDC变换器、充电设备及电源系统。

背景技术

目前，隔离式ACDC变换器采用两级式架构，前级为具有整流功能的PFC电路，后级为隔离DCDC电路，隔离DCDC电路包括变压器。

实际应用中，变压器的原边绕组和副边绕组可能并联电容，或变压器原边绕组和副边绕组之间存在耦合电容，PFC电路产生的干扰源可以通过电容传输到变压器的副边绕组，进而形成大的共模环路通道，导致隔离式ACDC变换器的EMC性能下降。

为了提高EMC性能，在PFC电路之前增加交流EMC滤波器以提高共模阻抗。但为了满足EMC标准，PFC电路需要增加的滤波器阻抗需求很大；在输出需要通过EMC标准场合，直流输出同样需要增加高阻抗的滤波器单元如图2所示方案。高阻抗EMC滤波单元必然会带来成本上升、尺寸重量上升等缺点。

发明内容

为了解决以上技术问题，本申请提供一种隔离式ACDC变换器、充电设备及电源系统，能够提高EMC性能，但又不会导致变换器的尺寸重量上升。

本申请提供一种隔离式ACDC变换器，包括：PFC滤波器、PFC电路和DCDC电路；

PFC滤波器的输入端用于连接交流电；

PFC电路的输入端连接PFC滤波器的输出端；

PFC电路的输出端连接DCDC电路的输入端；

DCDC电路包括变压器，变压器包括：原边绕组、副边绕组和第一屏蔽层；

第一屏蔽层设置于原边绕组和副边绕组之间，第一屏蔽层连接PFC滤波器，形成共模回路，阻断干扰信号传递至副边绕组。

优选地，PFC滤波器包括滤波电容和滤波电感；

PFC电路的输入端连接滤波电感的第一端，滤波电感的第二端连接滤波电容的第一端，滤波电容的第二端连接第一屏蔽层。

优选地，PFC滤波器包括滤波电容和滤波电感；

PFC电路的输入端连接滤波电感的第一端，滤波电感的第二端连接滤波电容的第一端，滤波电感的第二端连接第一屏蔽层。

优选地，还包括：第二屏蔽层；

第二屏蔽层设置于原边绕组和第一屏蔽层之间，第二屏蔽层连接DCDC电路的直流母线，第二屏蔽层用于抑制DCDC电路原边绕组开关管的干扰信号。

优选地，还包括：第三屏蔽层；

第三屏蔽层设置于副边绕组和第一屏蔽层之间，第三屏蔽层连接DCDC电路的输出电容的一端。

优选地，第一屏蔽层为位于原边绕组和副边绕组之间的铜箔，铜箔的一端通过电连接线连接PFC滤波器。

优选地，隔离式ACDC变换器为三相变换器或单相变换器。

优选地，PFC电路的输入端用于连接三相交流电，PFC电路包括三电平电路或两电平电路；

DCDC电路包括DCAC逆变桥、变压器和ACDC整流桥；DCAC逆变桥的输入端连接PFC电路的输出端，变压器的原边绕组连接DCAC逆变桥的输出端，变压器的副边绕组连接ACDC整流桥的输入端。

本申请还提供一种充电设备，包括以上介绍的隔离式ACDC变换器；还包括：控制器；

控制器，用于控制隔离式ACDC变换器的输出端为用电设备充电。

本申请还提供一种电源系统，包括以上介绍的隔离式ACDC变换器；还包括：控制器；控制器，用于控制隔离式ACDC变换器的输出端为用电设备供电。

由此可见，本申请具有如下有益效果：

本申请提供的隔离式ACDC变换器包括：PFC滤波器、PFC电路和DCDC电路；PFC滤波器的输入端用于连接交流电；PFC电路的输入端连接PFC滤波器的输出端；PFC电路的输出端连接DCDC电路的输入端；DCDC电路包括变压器，变压器包括：原边绕组、副边绕组和第一屏蔽层；第一屏蔽层设置于原边绕组和副边绕组之间，第一屏蔽层连接PFC滤波器，形成共模回路，降低PFC电路由于变压器的原边绕组副边绕组之间的耦合电容造成的共模电流，阻止干扰信号传递至副边绕组。本申请不具体限定第一屏蔽层连接PFC滤波器的具体位置，例如可以连接PFC滤波器中的滤波电容的一端，也可以直接连接交流输入的一个相线。由于PFC滤波器产生干扰源，本申请为了避免干扰源通过变压器的原边绕组传递至副边绕组，将变压器原边绕组的干扰信号通过第一屏蔽层又传递回PFC滤波器，从而形成共模回路，阻断干扰信号传递至副边绕组，该方案不需要额外增加EMC滤波器，仅增加一层屏蔽层，容易实现，而且尺寸和体积均不会增加太大。

附图说明

图1为一种隔离式ACDC变换器的示意图；

图2为带有EMC滤波器的隔离式ACDC变换器的示意图；

图3为本申请实施例提供的一种隔离式ACDC变换器的示意图；

图4为图3的一种具体隔离式ACDC变换器的电路图；

图5为本申请实施例提供的一种等效电路图；

图6为本申请实施例提供的另一种隔离式ACDC变换器的示意图；

图7为本申请实施例提供的再一种隔离式ACDC变换器的示意图；

图8为本申请实施例提供的又一种隔离式ACDC变换器的示意图；

图9为本申请实施例提供的另一种隔离式ACDC变换器的示意图；

图10为本申请实施例提供的一种PFC电路的示意图；

图11为本申请实施例提供的又一种PFC电路的示意图；

图12为本申请实施例提供的另一种PFC电路的示意图；

图13为本申请实施例提供的一种充电设备的示意图；

图14为本申请实施例提供的一种电源系统的示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本申请提供的技术方案，下面先介绍具体的应用场景。

本申请实施例提供的隔离式ACDC变换器可以应用于在很多场合，例如通信电源，具体可以用于为机房供电；另外还可以应用于车载充电机，还可以应用于充电桩。本申请不具体限定该隔离式ACDC变换器对应的负载类型。

本申请实施例提供的隔离式ACDC变换器可以为三相，也可以为单相，下面以隔离式ACDC变换器为三相变换器为例进行介绍。

参见图1，该图为一种隔离式ACDC变换器的示意图。

本申请实施例提供的隔离式ACDC变换器包括两级，第一级为PFC电路100，第二级为DCDC电路200，其中DCDC电路200为隔离式，即包括变压器T，变压器T的原边绕组连接开关管形成的DCAC逆变桥，变压器T的副边绕组连接开关管形成的ACDC整流桥。

由于PFC电路产生的干扰源可能通过变压器T的电容或者耦合电容传递至变压器T的副边绕组，导致共模干扰，致使整个隔离式ACDC变换器的EMC性能下降，一般为了提升EMC性能，如图2所示的隔离式ACDC变换器，在PFC电路100之前，一般在PFC滤波器300的输入端增加交流EMC滤波器400，有时还会在DCDC电路200的输出端增加直流EMC滤波器500。由于EMC滤波器一般都包括电感，因此，会造成整个电路的体积较大，重量也随之上升，成本较高。PFC滤波器300为差模滤波器，主要为了滤除差模干扰。

本申请实施例提供的隔离式ACDC变换器并不添加EMC滤波器，而是在变压器的原边绕组和副边绕组之间添加屏蔽层，来屏蔽PFC电路的干扰源，阻止干扰信号通过变压器传递到变压器的副边绕组，以及副边绕组的电路，对负载造成影响。

下面结合附图详细介绍本申请实施例提供的隔离式ACDC变换器。

参见图3，该图为本申请实施例提供的一种隔离式ACDC变换器的示意图。

本实施例提供的隔离式ACDC变换器，包括：PFC滤波器300、PFC电路100和DCDC电路200；

PFC滤波器300的输入端用于连接交流电；

PFC电路100的输入端连接PFC滤波器300的输出端；

PFC电路100的输出端连接DCDC电路200的输入端；

DCDC电路200包括变压器T，变压器T包括：原边绕组、副边绕组和第一屏蔽层10；

本申请实施例中不具体限定DCDC电路200内部的整流电路和逆变电路的具体实现形式，可以为全桥，也可以为半桥等。本实施例中具体以DCDC电路200包括DCAC逆变器201和ACDC整流器202为例进行介绍。

第一屏蔽层10设置于原边绕组和副边绕组之间，第一屏蔽层10连接PFC滤波器300，形成共模回路，阻断干扰信号传递至副边绕组。

本申请实施例不具体限定第一屏蔽层10的具体材质，例如可以为铜箔等具有导电性能的材质。

本申请实施例也不具体限定第一屏蔽层10连接PFC滤波器300的具体位置，例如可以连接PFC滤波器300中的滤波电容的一端。由于PFC滤波器300产生干扰源，本申请为了避免干扰源通过变压器T的原边绕组传递至副边绕组，因此，将变压器T原边绕组的干扰信号通过第一屏蔽层10又传递回PFC滤波器300，从而形成共模回路，阻断干扰信号传递至副边绕组。本申请不具体限定第一屏蔽层连接PFC滤波器的具体位置，例如可以连接PFC滤波器中的滤波电容的一端，也可以直接连接交流输入的一个相线。该方案不需要额外增加EMC滤波器，仅增加一层屏蔽层，容易实现，而且尺寸和体积均不会增加太大。

变压器T的副边绕组连接ACDC整流器202，ACDC整流桥202的副边绕组输出直流电为负载供电。

图4所示的隔离式ACDC变换器为图3的一种具体实现方式，

图4以三相隔离式ACDC变换器为例进行介绍，应该理解，隔离式ACDC变换器也可以为单相。

图4中的滤波电路包括三个滤波电容C和三个滤波电感L。

PFC电路的输入端连接所述滤波电感L的第一端，滤波电感L的第二端连接所述滤波电容C的第一端，滤波电容C的第二端连接第一屏蔽层10。

下面结合图5介绍本申请实施例提供的隔离式ACDC变换器的工作原理。

参见图5，该图为本申请实施例提供的一种等效电路图。

第一电容C1为变压器的原边绕组与第一屏蔽层之间的耦合电容，一般为数十pF，第二电平C2为第一屏蔽层与变压器的副边绕组之间的耦合电容。Ld为PFC滤波器的等效电感，而Cd为PFC滤波器的等效电容，一般为uF级别。PFC滤波器主要滤除差模信号，因此，Ld可以称为差模电感，Cd可以称为差模电容。

Vd为PFC电路产生的干扰源，由分压原理可知，干扰源Vd在A、B点之间的分压很低，如果不考虑Ld时，uF级别Cd与数十pF级别C1相差五个数量级，由此可见，从隔离式ACDC变换器漏出的干扰源的电压分量仅为原始干扰源的十万分之一，减少了干扰源对于变压器副边的干扰。同时因为C1为pF级电容，Vd在回路中产生的干扰电流得到抑制，抑制干扰电流过大而导致的风险。

图4中的第一屏蔽层10的第二端连接PFC滤波器的电容，另外，第一屏蔽层也可以直接连接到交流输入的其中一相的相线上。

参见图6，该图为本申请实施例提供的另一种隔离式ACDC变换器的示意图。

图6与图4的区别是，第一屏蔽层10的第二端连接的位置不同。

PFC滤波器包括滤波电容C和滤波电感L；

PFC电路的输入端连接滤波电感L的第一端，滤波电感L的第二端连接滤波电容C的第一端，滤波电感L的第二端连接第一屏蔽层10。

以上实施例介绍的图4和图6中的第一屏蔽层均可以降低干扰源对于变压器的副边电路的干扰，都可以将第一屏蔽层的第二端接在一个静点，即让干扰源引回静点，从而减小干扰回路的电流，保护电路器件。只要将第一屏蔽层的一端连接于PFC滤波器中或者PFC滤波器的输入端即可。

另外，本申请实施例为了抑制DCDC电路的原边开关管造成的干扰，还可以在变压器中增加第二屏蔽层，下面结合附图进行详细介绍。

参见图7，该图为本申请实施例提供的再一种隔离式ACDC变换器的示意图。

本实施例提供的隔离式ACDC变换器，还包括：第二屏蔽层20；

第二屏蔽层20设置于原边绕组和第一屏蔽层10之间，第二屏蔽层20连接DCDC电路的直流母线，第二屏蔽层20用于抑制DCDC电路原边开关管的干扰信号。

本申请实施例不具体限定第二屏蔽层20的材质，例如可以与第一屏蔽层的材质相同。

具体地，一种可能的实现方式，第二屏蔽层20的第二端可以连接DCDC电路的直流母线的负端，即当DCDC电路中开关管产生的干扰信号引流回DCDC电路的输入端的直流母线。应该理解，第一屏蔽层10一定程度也可以隔离DCDC电路的原边绕组对于副边绕组的干扰，即将DCDC电路原边绕组的干扰信号抑制在原边绕组回路中，但是本实施例增加的第二屏蔽层20可以更好地减小DCDC电路的原边开关管产生的干扰信号，降低干扰信号影响的器件数量和包围的面积，进一步降低隔离式ACDC变换器的干扰信号。

另外，本申请实施例为了抑制隔离DCDC电路副边开关管对变压器的原边绕组的影响，可以增加第三屏蔽层，并将第三屏蔽层连接于变压器的副边绕组输出电容的某一点，第三屏蔽层位于副边绕组与第一屏蔽层之间。

参见图8，该图为本申请实施例提供的又一种隔离式ACDC变换器的示意图。

本实施例提供的隔离式ACDC变换器，还包括：第三屏蔽层30；

第三屏蔽层30设置于副边绕组和第一屏蔽层10之间，第三屏蔽层30连接DCDC电路的输出电容的一端，即连接DCDC电路中变压器的副边绕组连接的整流器的输出端，图8中以连接整流器的负输出端为例，由于输出电容连接在整流器的输出端，因此，第三屏蔽层30的第二端也连接输出电容的一端，整流器的负输出端也为静点，将干扰信号引入静点可以有效降低整流器中的整流管对于变压器的原边绕组的影响。

图8中仅示意了第一屏蔽层10和第三屏蔽层30组合使用的情况，应该理解，三个屏蔽层可以组合在一起使用，参见图9，该图为本申请实施例提供的另一种隔离式ACDC变换器的示意图。

图9所示了第一屏蔽层10、第二屏蔽层20和第三屏蔽层30联合使用的情况，既可以屏蔽PFC滤波器的干扰，又可以屏蔽DCDC电路的原边开关管的干扰和副边开关管的干扰。

本申请以上实施例是以PFC电路为半桥电路介绍的，另外，PFC电路还可以为其他形式的电路，不限定两电平电路还是三电平电路。

参见图10，该图所示的为一种三电平PFC电路，图10中的四个开关管Q1-Q4均为可控开关管，应该理解，Q1和Q4也可以为二极管。图10所示的电路为I型，还可以为T型的三电平电路，参见图11，图11中包括四个可控开关管，应该理解，Q1和Q2可以替换为二极管。另外，PFC电路还可以为图12所示的一种电路。

基于以上实施例提供的一种隔离式ACDC变换器，本申请实施例还提供一种充电设备，下面结合附图进行详细介绍。

参见图13，该图为本申请实施例提供的一种充电设备的示意图。

本实施例提供的充电设备1000，包括以上实施例介绍的任意一种隔离式ACDC变换器2000；还包括：控制器3000；

控制器3000，用于控制所述隔离式ACDC变换器的输出端为用电设备充电。

由于本申请实施例提供的充电设备，可以更好地屏蔽干扰信号，因此，可以为负载提供更高质量的电源。

例如，该充电设备可以为充电桩，也可以为车载充电机。当充电设备为充电桩时，输入的为交流，输出的为直流电，用于为电动汽车充电。

当充电设备为车载充电机时，可以为汽车在行驶途中充电，例如公交电车。

本申请实施例不具体限定，充电设备的输入电压，可以根据实际场景需要来选择，也不限定具体的相数，可以为单相，也可以为三相。

参见图14，该图为本申请实施例提供的一种电源系统的示意图。

本申请实施例还提供一种电源系统1100，包括以上实施例介绍的任意一种隔离式ACDC变换器2000；还包括：控制器3000；

控制器3000，用于控制隔离式ACDC变换器的输出端为用电设备供电。

例如，用电设备可以为机房的负载，例如机房空调，机房的服务器，或者数字中心的负载等。用电设备也可以为通信设备。

由于本申请实施例提供的电源系统，可以更好地屏蔽干扰信号，因此，可以为负载提供更高质量的电源。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。