1800W级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路及装置的制作方法

1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路及装置
技术领域
1.本实用新型涉及电源电路技术领域，特别是涉及一种1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路及装置。


背景技术：

2.随着电子产品的日益发展，各类电子产品层出不穷。其中，各类电子产品一般均需要通过充电器连接市电，以获得充电或供电。而为新能源领域的动力电池或储能电池充电，例如为agv(automated guided vehicle)、rgv(rail guided vehicle有轨制导小车)、机器人、无人机、无人艇等动力电池充电。
3.其中，开关电源—充电器按开关特性大致可以分为硬开关和软开关两类。硬开关瞬态响应快，但因开关过程的非零条件，故开关损耗大，效率低，但软开关通过瞬态响应略慢于硬开关，在充电器动态输出过程易出现故障和损坏开关管。同时，在目前500w
‑
1800w中小功率充电器中采用的开关管较难平衡效率与功耗，不利于控制充电器的体积。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对目前500w
‑
1200w中小功率充电器中采用的开关管较难平衡效率与功耗，不利于控制充电器的体积这一不足，提供一种1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路及装置。
5.一种1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路，包括：
6.整流模块，用于接入交流电；
7.功率开关管模块，连接整流模块；
8.主输出模块，连接功率开关管模块；
9.输出开关装置模块，连接主输出模块，并用于提供直流输出节点；其中，输出开关装置模块的开关管包括氮化镓mos管；
10.信号调理模块，用于连接直流输出节点；
11.单片机模块，分别连接输出开关装置模块和信号调理模块；
12.脉宽调制模块，分别连接功率开关管模块、主输出模块和单片机模块；其中，脉宽调制模块包括集成pwm控制芯片。
13.上述的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路，包括了整流模块、功率开关管模块、主输出模块、输出开关装置模块、信号调理模块、单片机模块和脉宽调制模块。其中，脉宽调制模块包括集成pwm控制芯片，为小功率半桥高频充电提供脉冲调制基础。在各功能电路的配合下，通过氮化镓mos管为基础的输出开关装置模块的开关特性，平衡1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路的效率与功耗。同时，通过氮化镓mos管的选定，降低1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路的体积并提高1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路的响应。基于此，提高小功率半桥高频充电的综合性能。
14.在其中一个实施例中，集成pwm控制芯片包括3525芯片。
15.在其中一个实施例中，脉宽调制模块还包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第一可调电阻、第二可调电阻、第一电容、第一三极管、第二三极管、第三三极管和运算放大器；
16.第一可调电阻的调节端连接3525芯片的引脚1，第一可调电阻的第一端用于通过第二电阻接地，第一可调电阻的第二端通过第一电阻连接主输出模块；
17.第三三极管的集电极连接3535芯片的引脚8，第三三极管的发射极用于接地，第三三极管的基极通过第六电阻连接第二三极管的集电极，第二三极管的基极连接3525芯片的引脚16，第二三极管的发射极用于通过第四电阻连接电源电压，第二三极管的发射极用于通过第五电阻连接运算放大器的输出端；
18.运算放大器的同相输入端用于接地，运算放大器的反相输入端通过第一电容连接运算放大器的输出端，运算放大器的反相输入端通过第三电阻连接主输出模块以及第二可调电阻的第一端；
19.第二可调电阻的调节端连接第二可调电阻的第二端，第二可调电阻的第二端连接第一三极管的发射极，第一三极管的基极通过第七电阻连接单片机模块，第一三极管的集电极连接第二三极管的发射极。
20.在其中一个实施例中，信号调理模块包括：
21.第八电阻，第八电阻的第一端用于连接直流输出节点；
22.第九电阻，第九电阻的第一端连接单片机模块，第九电阻的第二端连接第八电阻的第二端；
23.第十电阻，第十电阻的第一端连接第八电阻的第二端，第十电阻的第二端用于接地。
24.在其中一个实施例中，单片机模块包括stm32单片机。
25.在其中一个实施例中，整流模块包括半桥整流电路。
26.在其中一个实施例中，主输出模块包括：
27.整流滤波单元，连接功率开关管模块；
28.信号反馈单元，连接整流滤波单元并连接输出开关装置模块，还连接脉宽调制模块。
29.在其中一个实施例中，还包括：
30.电路保护模块，用于连接直流输出节点，并提供直流输出保护节点。
31.在其中一个实施例中，电路保护模块包括短路保护单元、过压保护单元和断流保护单元。
32.一种1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电装置，包括装置壳体、交流电接口、直流电接口以及设置在装置壳体内部空间的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路；
33.其中，1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路包括：
34.整流模块，用于通过交流电接口接入交流电；
35.功率开关管模块，连接整流模块；
36.主输出模块，连接功率开关管模块；
37.输出开关装置模块，连接主输出模块，并用于提供直流输出节点；其中，输出开关
装置模块的开关管包括氮化镓mos管；其中，直流输出节点用于通过直流电接口连接外部待供电设备；
38.信号调理模块，用于连接直流输出节点；
39.单片机模块，分别连接输出开关装置模块和信号调理模块；
40.脉宽调制模块，分别连接功率开关管模块、主输出模块和单片机模块；其中，脉宽调制模块包括集成pwm控制芯片。
41.上述的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电装置，装置壳体内部空间设置的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路包括了整流模块、功率开关管模块、主输出模块、输出开关装置模块、信号调理模块、单片机模块和脉宽调制模块。其中，脉宽调制模块包括集成pwm控制芯片，为小功率半桥高频充电提供脉冲调制基础。在各功能电路的配合下，通过氮化镓mos管为基础的输出开关装置模块的开关特性，平衡1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路的效率与功耗。同时，通过氮化镓mos管的选定，降低1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路的体积并提高1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路的响应。基于此，提高小功率半桥高频充电的综合性能。
附图说明
42.图1为一实施方式的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路模块结构示意图；
43.图2为另一实施方式的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路模块结构示意图；
44.图3为一实施方式的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路示意图；
45.图4为一实施方式的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电装置模块结构图。
具体实施方式
46.为了更好地理解本实用新型的目的、技术方案以及技术效果，以下结合附图和实施例对本实用新型进行进一步的讲解说明。同时声明，以下所描述的实施例仅用于解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
47.本实用新型实施例提供了一种1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路。
48.图1为一实施方式的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路模块结构示意图，如图1所示，一实施方式的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路包括模块100、模块101、模块102、模块103、模块104、模块105和模块106：
49.整流模块100，用于接入交流电；
50.其中，整流模块100用于接入交流电，将交流电整形为直流电输出至功率开关管模块101。在其中一个实施例中，整流模块100选用半桥整流电路，以提供500w
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1800w的半桥整流。
51.功率开关管模块101，连接整流模块100；
52.其中，功率开关管模块101包括开关管组成的电路，根据脉宽调制模块106的脉宽调制信号实现1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路的开关特性。在其中一个实
施例中，功率开关管模块101包括氮化镓mos管。
53.主输出模块102，连接功率开关管模块101；
54.其中，主输出模块102接收功率开关管模块101的直流输出，进行相应的处理并反馈信号至脉宽调制模块106，为脉宽调制模块106提供控制参考。
55.在其中一个实施例中，图2为另一实施方式的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路模块结构示意图，如图2所示，主输出模块102包括模块200和模块201：
56.整流滤波单元200，连接功率开关管模块101；
57.其中，整流滤波单元200对功率开关管模块101的直流输出进行二次整流滤波，提高直流信号的稳定性。
58.信号反馈单元201，连接功率开关管模块101并连接输出开关装置模块103，还连接脉宽调制模块106。
59.信号反馈单元201连接整流滤波单元200，根据整流滤波单元200的输出反馈参考信号至脉宽调制模块106，以调整脉宽调制模块106的脉宽调制信号。
60.输出开关装置模块103，连接主输出模块102，并用于提供直流输出节点p1；其中，输出开关装置模块103的开关管包括氮化镓mos管；
61.输出开关装置模块103提供的直流输出节点p1用于输出作为供电电流的直流电，完成半桥高频充电供电回路。同时，输出开关装置模块103还用于根据单片机控制模块的控制信号，对半桥高频充电供电回路起到开关作用。在其中一个实施例中，输出开关装置模块103的开关管包括氮化镓mos管，以便于在控制体积的同时降低功耗和提高开关响应。
62.信号调理模块104，用于连接直流输出节点p1；
63.其中，信号调理模块104用于采集直流输出节点p1的直流输出，将直流输出的模拟电流转换为数字反馈信号，并将数字反馈信号发送至单片机模块105，调整单片机模块105的控制信号，或调整单片机模块105输出至脉宽调制模块106的反馈信号，以调整脉宽调制模块106的脉宽调制信号。
64.在其中一个实施例中，图3为一实施方式的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路示意图，如图3所示，信号调理模块104包括：
65.第八电阻r8，第八电阻r8的第一端用于连接直流输出节点；
66.第九电阻r9，第九电阻r9的第一端连接单片机模块，第九电阻r9的第二端连接第八电阻r8的第二端；
67.第十电阻r10，第十电阻r10的第一端连接第八电阻r8的第二端，第十电阻r10的第二端用于接地。
68.其中，第八电阻r8和第十电阻r10的公共端用于采集直流输出节点p1的直流输出信号，通过作为输出电阻的第九电阻r9将信号输出至单片机模块105。
69.单片机模块105，分别连接输出开关装置模块103和信号调理模块104；
70.其中，单片机模块105作为1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路的核心，可选用51系列或stm8/32系列的单片机。作为一个较优的实施方式，单片机模块105选用stm32单片机，以便于平衡控制性能和成本。
71.脉宽调制模块106，分别连接功率开关管模块101、主输出模块102和单片机模块105；其中，脉宽调制模块106包括集成pwm控制芯片。
72.脉宽调制模块106作为控制的核心，通过输出脉宽调制信号实现各级的相应控制。其中，脉宽调制模块106包括集成pwm控制芯片，便于构建500w
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1800w的小功率充电电路。需要注意的是，集成pwm控制芯片与固定频率脉宽调制电路不同，有利于实现更高功率的小功率充电电路。
73.在其中一个实施例中，集成pwm控制芯片包括3525芯片。通过选用3525芯片，以芯片化的电路模块实现脉宽调制模块106的功能，适应500w
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1800w的小功率充电电路搭建。
74.在其中一个实施例中，如图3所示，脉宽调制模块106还包括第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第一可调电阻vr1、第二可调电阻vr2、第一电容c1、第一三极管q1、第二三极管q2、第三三极管q3和运算放大器u1；
75.第一可调电阻vr1的调节端连接3525芯片的引脚1，第一可调电阻vr1的第一端用于通过第二电阻r2接地，第一可调电阻vr1的第二端通过第一电阻r1连接主输出模块102；
76.第三三极管q3的集电极连接3535芯片的引脚8，第三三极管q3的发射极用于接地，第三三极管q3的基极通过第六电阻r6连接第二三极管q2的集电极，第二三极管q2的基极连接3525芯片的引脚16，第二三极管q2的发射极用于通过第四电阻r4连接电源电压，第二三极管q2的发射极用于通过第五电阻r5连接运算放大器u1的输出端；
77.运算放大器u1的同相输入端用于接地，运算放大器u1的反相输入端通过第一电容c1连接运算放大器u1的输出端，运算放大器u1的反相输入端通过第三电阻r3连接主输出模块以及第二可调电阻vr2的第一端；
78.第二可调电阻vr2的调节端连接第二可调电阻vr2的第二端，第二可调电阻vr2的第二端连接第一三极管q1的发射极，第一三极管q1的基极通过第七电阻r7连接单片机模块105，第一三极管q1的集电极连接第二三极管q2的发射极。
79.其中，第一电阻r1、第二电阻r2、第三电阻r3、第四电阻r4、第五电阻r5、第六电阻r6、第七电阻r7、第一可调电阻vr1、第二可调电阻vr2、第一电容c1、第一三极管q1、第二三极管q2、第三三极管q3和运算放大器u1作为3525芯片的外围电路，满足3525芯片的信号传输功能的同时，通过第一可调电阻vr1和第二可调电阻vr2丰富3525芯片的适用性，便于调节整体1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路的工作特性。
80.在其中一个实施例中，如图2所示，另一实施方式的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路还包括：
81.电路保护模块300，用于连接直流输出节点p1，并提供直流输出保护节点p2。
82.电路保护模块300通过连接直流输出节点p1，优化直流输出节点p1，为需要供电的设备提供直流输出保护节点p2，设备连接直流输出保护节点p2获得供电，并获得相应的供电保护。
83.在其中一个实施例中，如图2所示，电路保护模块300包括短路保护单元400、过压保护单元401和断流保护单元402。
84.短路保护单元400用于为直流输出保护节点p2提供短路保护。过压保护单元401用于为直流输出保护节点p2提供过压保护，断流保护单元402用于为直流输出保护节点p2提供断流保护。其中，短路保护单元400、过压保护单元401和断流保护单元402可选用相应的熔断器或继电器电路等。
85.上述任一实施例的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路，包括了整流模块100、功率开关管模块101、主输出模块102、输出开关装置模块103、信号调理模块104、单片机模块105和脉宽调制模块106。其中，脉宽调制模块106包括集成pwm控制芯片，为小功率半桥高频充电提供脉冲调制基础。在各功能电路的配合下，通过氮化镓mos管为基础的输出开关装置模块103的开关特性，平衡1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路的效率与功耗。同时，通过氮化镓mos管的选定，降低1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路的体积并提高1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路的响应。基于此，提高小功率半桥高频充电的综合性能。
86.本发明实施例还提供一种1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电装置。
87.图4为一实施方式的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电装置模块结构图，如图4所示，一实施方式的半桥高频充电装置包括装置壳体1000、交流电接口1001、直流电接口1002以及设置在装置壳体内部空间的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路；
88.其中，1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路包括：
89.整流模块100，用于通过交流电接口1001接入交流电；
90.功率开关管模块101，连接整流模块100；
91.主输出模块102，连接功率开关管模块101；
92.输出开关装置模块103，连接主输出模块102，并用于提供直流输出节点p1；其中，输出开关装置模块103的开关管包括氮化镓mos管；其中，直流输出节点p1用于通过直流电接口1002连接外部待供电设备；
93.信号调理模块104，用于连接直流输出节点p1；
94.单片机模块105，分别连接输出开关装置模块103和信号调理模块104；
95.脉宽调制模块106，分别连接功率开关管模块101、主输出模块102和单片机模块105；其中，脉宽调制模块106包括集成pwm控制芯片。
96.装置壳体用于提供对1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路的保护，便于1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路的产品化。
97.在其中一个实施例中，交流电接口1001包括插头、接线端子或接线钳等接口，便于将外部交流市电引入整流模块100。
98.在其中一个实施例中，直流电接口1002包括插座、接线端子、usb充电接口等，便于将直流电输出至外部待供电设备。
99.上述的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电装置，装置壳体1000内部空间设置的1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路包括了整流模块100、功率开关管模块101、主输出模块102、输出开关装置模块103、信号调理模块104、单片机模块105和脉宽调制模块106。其中，脉宽调制模块106包括集成pwm控制芯片，为小功率半桥高频充电提供脉冲调制基础。在各功能电路的配合下，通过氮化镓mos管为基础的输出开关装置模块103的开关特性，平衡1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路的效率与功耗。同时，通过氮化镓mos管的选定，降低1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路的体积并提高1800w级基于氮化镓mos管的半桥硬开关充电电路的响应。基于此，提高小功率半桥高频充电的综合性能。
100.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
101.以上实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。