电动汽车大功率直流充电机/桩的三相PFC整流装置及控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种电动汽车大功率直流充电机/桩三相PFC整流装置及控制方法，采用三相三桥臂拓扑结构，具有功率因数校正功能，输出电压等级可控且稳态误差小。本装置输出具有恒压控制模式和恒流控制模式，具有电压、电流、温度保护以及带上电保护的IGBT驱动电路，在直流输出侧增加预启动/防反灌模块，有效提高了本装置的安全性和可靠性。本装置采用电网电压定向的闭环控制和三相数字锁相环紧密结合的控制方法，并运用SVPWM调制方法，提高了直流侧电压利用率、减少了网侧电流谐波含量、响应速度快且启动电流小。该装置具有网侧功率因数高、整机工作效率高、网侧谐波少、响应速度快、启动电流小、安全可靠等特点，不仅可用于电动汽车大功率直流充电机/桩，也可用于其他大功率电源场合。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于一种电动汽车大功率直流充电机/桩的三相PFC整流装置及控制方法，具体而言是一种应用于电动汽车电池充电，具有高功率因数、清洁环保、安全性强、可靠性高的可控恒压或恒流输出装置及控制方法。
技术介绍
随着不可再生能源的不断减少，推动新能源的快速发展已经成为当务之急，在汽车工业中，电动汽车应运而生，它作为一种发展前景广阔的绿色交通工具，今后的普及速度会异常迅猛，未来的市场前景也是异常巨大的。而作为电动汽车的重要配套设施，电动汽车充电机/桩越来越受到社会和国家的高度重视。电动汽车充电装置总体可以分为车载充电装置和非车载充电装置。车载充电装置指安装在电动汽车上的采用地面交流电网和车载电源对电池组进行充电的装置，包括车载充电机、车载充电发电机组和运行能量回收充电装置，将一根带插头的交流动力电缆线直接插到电动汽车的充电插座中给蓄电池充电。车载充电装置通常使用结构简单、控制方便的接触式充电器，也可以是感应充电器。它完全按照车载蓄电池的种类进行设计，针对性较强。非车载充电装置，即地面充电装置，主要包括专用充电机/桩、专用充电站、通用充电机/桩、公共场所用充电站等，它可以满足各种电池的各种充电方式。非车载充
电装置相当于汽车加油站，它给任何一辆需要充电的电动汽车提供充电服务。对车载充电机/桩和非车载充电机/桩，从三相电网取电进行AC/DC整流变换，提供稳定的直流电压源都是非常重要的环节，这一环节直接关系到电能质量、功率因素、整机效率、发热量、安全和可靠性等。目前市场上大部分采用多个小功率模块并联方式提供稳定的直流电压源，具有以下缺陷：1)设备体积大。采用多个小模块并联的装置通常需要占用很大空间，在车载充电机/桩上难于应用，而在非车载充电机/桩上，往往需要占用一个独立的充电房间，这在拥挤的城市中实现成本高，限制了非车载充电机/桩的使用范围。2)转换效率低。采用多个小功率模块并联方式造成多个开关器件都有热损耗，降低整机效率，同时，需要增加配套其他散热措施，进一步降低了充电机/桩的效率。3)设备成本高，故障率高。多个模块需要成倍数增加设备成本以及配套的散热设备成本，并且有任何一个模块出现故障，都可能会导致其他模块以至于整个充电机/桩失去工作能力。大功率三相PFC整流装置和控制方法随着电子科技的进步已有了长足的发展，但随着新能源新设备的出现，仍有不少问题需进一步研究解决，特别是适合于电动汽车大功率直流充电机/桩的新型三相PFC整流装置和控制方法急需研究开发。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种输出电压等级可控，网侧功率因数高，整机效率高，成本低，维护方便，体积小，故障率低，运行可靠性高的用于电动汽车大功率直流充电机/桩的三相PFC整流装置及控制方法，以克服上述的不足。为了实现上述目的,本专利所采用的技术方案是：一种电动汽车大功率直流充电机/桩的三相PFC整流装置，包括PFC整流升压调节模块(100)、预启动/防反灌模块(110)、交流电压电流A/D采样模块(120)、三相数字锁相环模块(130)、三相/二相变换器模块(140)、带上电保护的IGBT驱动模块(150)、SVPWM运算模块(151)、二相动/二相静逆变换模块(152)、双路乘法器模块(160)、双路加法器模块(170)、双路比例积分运算模块(171)、三路比较器模块(172)和逻辑控制器模块(180)。三相电网电压引脚输出端UA、UB、UC分别与电感LA、LB、LC的输入端ULA+、ULB+、ULC+、相连接，电感LA、LB、LC的输出端ULA-、ULB-、ULC-分别通过电流检测1、2、3与PFC整流升压调节模块(100)节点L1、L2、L3输入端相连接，整流输出端Ubus+与预启动/防反灌模块(110)输入端Ustart_in相连接，预启动/防反灌模块(110)的输出端Ustart_out与Uout+相连接，Uout+通过电流检测4与输出电容C和负载并联电路的一端UC+相连接，PFC整流升压调节模块(100)输出端Ubus-与UOUT-相连接,UOUT-与输出电容C和负载并联电路的一端UC-相连接。检测电压值eA、eB、eC和检测电流值IA、IB、IC分别与交流电压电流A/D采样模块(120)输入端I-1、I-2、I-3、I-4、I-5、I-6相连接，交流电压电流A/D采样模块(120)的输出采样值eA(k)、eB(k)、eC(k)、IA(k)、IB(k)、IC(k)通过输出端O-1、O-2、O-3、O-4、O-5、O-6与三相/二相变换器模块(140)的输入端I-7、I-8、I-9、I-10、I-11、I-12相连接，三相/二相变换器模块(140)的2路输出值eα(k)、eβ(k)通过输出端O-7、O-8与三相数字锁相环模块(130)的输入端I-14、I-15相连接，三相数字锁相环模块(130)的输出相位值θ(k)通过输出端O-13分别与三相/二相变换器模块(140)的输入端I-13和二相动/二相静逆变换模块(152)的输入端I_16相连接；三相数字锁相环模块(130)的输出值ω(k)通过输出端O-14与乘法器C(190)一输入端相连，常量电感值l与乘法器C(190)另一输入端相连，乘法器C(190)输出ωl与双路乘法器模块(160)的输入端I-34和I-35相连接；三相/二相变换器模块(140)的输出值ed(k)、eq(k)通过输出端O-9、O-10分别与双路加法器模块(170)的输入端I-17、I-18相连接，三相/二相变换器模块(140)的输出值Id(k)通过输出端O-11与三路比较器模块(172)的输入端I-20和双路乘法器模块(160)输入端I_36相连接，三相/二相变换器模块(140)的输出值Iq(k)通过输出端O-12与三路比较器模块(172)的输入端I-19和双路乘法器模块(160)输入端I-33相连接，三路比较器模块(172)的输入值Iqref(k)通过输入端I-21与无功电流常数相连接，三路比较器模块(172)的输入值Iref(k)通过输入端I-22与有功电流常数相连接，电流检测4的输出值Iout(k)与三路比较器模块(172)输入端
I-23相连接，三路比较器模块(172)的输入值mode通过输入端I-24与逻辑控制器(180)输出端O-32相连接，三路比较器模块(172)的输入值Uref(k)通过输入端I-25与输出电压常数相连接，电压检测4的输出值Uout(k)分别与三路比较器模块(172)的输入端I-26相连接，三路比较器模块(172)的输出值Δeid(k)、Δeiq(k)通过输出端O-15、O-16分别与双路比例积分运算模块模块(171)的输入端I-27、I-28相连接，双路比例积分运算模块模块(171)的输出值vd(k)、vq(k)通过输出端O-17和O-18经过反相器后与双路加法器模块(170)的输入端I-29、I-30相连接，双路乘法器模块(160)的输出值ωlIq(k)通过输出端O-21与双路加法器模块(170)的输入端I-32相连接，双路乘法器模块(160)的输出值ωlId(k)通过输出端O-22经过反相器后与双路加法器本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种电动汽车大功率直流充电机/桩三相PFC整流装置，包括PFC整流升压调节模块(100)、预启动/防反灌模块(110)、交流电压电流A/D采样模块(120)、三相数字锁相环模块(130)、三相/二相变换器模块(140)、带上电保护的IGBT驱动模块(150)、SVPWM运算模块(151)、二相动/二相静逆变换模块(152)、双路乘法器模块(160)、双路加法器模块(170)、双路比例积分运算模块(171)、三路比较器模块(172)和逻辑控制器模块(180)。其特征在于：三相电网电压引脚输出端UA、UB、UC分别与电感LA、LB、LC的输入端ULA+、ULB+、ULC+、相连接，电感LA、LB、LC的输出端ULA‑、ULB‑、ULC‑分别通过电流检测1、2、3与PFC整流升压调节模块(100)节点L1、L2、L3输入端相连接，整流输出端Ubus+与预启动/防反灌模块(110)输入端Ustart_in相连接，预启动/防反灌模块(110)的输出端Ustart_out与Uout+相连接，Uout+通过电流检测4与输出电容C和负载并联电路的一端UC+相连接，PFC整流升压调节模块(100)输出端Ubus‑与UOUT‑相连接,UOUT‑与输出电容C和负载并联电路的一端UC‑相连接。检测电压值eA、eB、eC和检测电流值IA、IB、IC分别与交流电压电流A/D采样模块(120)输入端I‑1、I‑2、I‑3、I‑4、I‑5、I‑6相连接，交流电压电流A/D采样模块(120)的输出采样值eA(k)、eB(k)、eC(k)、IA(k)、IB(k)、IC(k)通过输出端O‑1、O‑2、O‑3、O‑4、O‑5、O‑6与三相/二相变换器模块(140)的输入端I‑7、I‑8、I‑9、I‑10、I‑11、I‑12相连接，三相/二相变换器模块(140)的2路输出值eα(k)、eβ(k)通过输出端O_7、O_8与三相数字锁相环模块(130)的输入端I‑14、I‑15相连接，三相数字锁相环模块(130)的输出相位值θ(k)通过输出端O‑13分别与三相/二相变换器模块(140)的输入端I‑13和二相动/二相静逆变换器模块(152)的输入端I‑16相连接；三相数字锁相环模块(130)的输出值ω(k)通过输出端O‑14与乘法器C(190)一输入端相连，常量电感值l与乘法器C(190)另一输入端相连，乘法器C(190)输出ωl与双路乘法器模块(160)的输入端I‑34和I‑35相连接；三相/二相变换器模块(140)的输出值ed(k)、eq(k)通过输出端O‑9、O‑10分别与双路加法器模块(170)的输入端I‑17、I‑18相连接，三相/二相变换器模块(140)的输出值Id(k)通过输出端O‑11与三路比较器模块(172)的输入端I‑20和双路乘法器模块(160)输入端I‑36相连接，三相/二相变换器模块(140)的输出值Iq(k)通过输出端O‑12与三路比较器模块(172)的输入端I‑19和双路乘法器模块(160)输入端I‑33相连接，三路比较器模块(172)的输入值Iqref(k)通过输入端I‑21与无功电流常数相连接，三路比较器模块(172)的输入值Iref(k)通过输入端I‑22与有功电流常数相连接；电流检测4的输出值Iout(k)与三路比较器模块(172)输入端I‑23相连接，三路比较器模块(172)的输入值mode通过输入端I‑24与逻辑控制器(180)输出端O‑32相连接，三路比较器模块(172)的输入值Uref(k)通过输入端I‑25与输出电压常数相连接，电压检测4的输出值Uout(k)分别与三路比较器模块(172)的输入端I‑26相连接，三路比较器模块(172)的输出值Δeid(k)、Δeiq(k)通过输出端O‑15、O‑16分别与双路比例积分运算模块模块(171)的输入端I‑27、I‑28相连接，双路比例积分运算模块模块(171)的输出值vd(k)、vq(k)通过输出端O‑17和O‑18经过反相器后与双路加法器模块(170)的输入端I‑29、I‑30相连接，双路乘法器模块(160)的输出值ωlIq(k)通过输出端O‑21与双路加法器模块(170)的输入端I‑32相连接，双路乘法器模块(160)的输出值ωlId(k)通过输出端O‑22经过反相器后与双路加法器模块(170)的输入端I‑31相连接，双路加法器模块(170)输出值Uq(k)、Ud(k)通过输出端O‑19、O‑20与二相动/二相静逆变换器模块(152)的输入端I‑37、I‑38相连接，二相动/二相静逆变换器模块(152)输出值Uα(k)、Uβ(k)通过输出端O‑23、O‑24与SVPWM运算模块(151)的输入端I‑39、I‑40相连接，SVPWM运算模块(151)的输出值Sa、Sb、Sc、通...

【技术特征摘要】
1.一种电动汽车大功率直流充电机/桩三相PFC整流装置，包括PFC整流升压调节模块(100)、预启动/防反灌模块(110)、交流电压电流A/D采样模块(120)、三相数字锁相环模块(130)、三相/二相变换器模块(140)、带上电保护的IGBT驱动模块(150)、SVPWM运算模块(151)、二相动/二相静逆变换模块(152)、双路乘法器模块(160)、双路加法器模块(170)、双路比例积分运算模块(171)、三路比较器模块(172)和逻辑控制器模块(180)。其特征在于：三相电网电压引脚输出端UA、UB、UC分别与电感LA、LB、LC的输入端ULA+、ULB+、ULC+、相连接，电感LA、LB、LC的输出端ULA-、ULB-、ULC-分别通过电流检测1、2、3与PFC整流升压调节模块(100)节点L1、L2、L3输入端相连接，整流输出端Ubus+与预启动/防反灌模块(110)输入端Ustart_in相连接，预启动/防反灌模块(110)的输出端Ustart_out与Uout+相连接，Uout+通过电流检测4与输出电容C和负载并联电路的一端UC+相连接，PFC整流升压调节模块(100)输出端Ubus-与UOUT-相连接,UOUT-与输出电容C和负载并联电路的一端UC-相连接。检测电压值eA、eB、eC和检测电流值IA、IB、IC分别与交流电压电流A/D采样模块(120)输入端I-1、I-2、I-3、I-4、I-5、I-6相连接，交流电压电流A/D采样模块(120)的输出采样值eA(k)、eB(k)、eC(k)、IA(k)、IB(k)、IC(k)通过输出端O-1、O-2、O-3、O-4、O-5、O-6与三相/二相变换器模块(140)的输入端I-7、I-8、I-9、I-10、I-11、I-12
\t相连接，三相/二相变换器模块(140)的2路输出值eα(k)、eβ(k)通过输出端O_7、O_8与三相数字锁相环模块(130)的输入端I-14、I-15相连接，三相数字锁相环模块(130)的输出相位值θ(k)通过输出端O-13分别与三相/二相变换器模块(140)的输入端I-13和二相动/二相静逆变换器模块(152)的输入端I-16相连接；三相数字锁相环模块(130)的输出值ω(k)通过输出端O-14与乘法器C(190)一输入端相连，常量电感值l与乘法器C(190)另一输入端相连，乘法器C(190)输出ωl与双路乘法器模块(160)的输入端I-34和I-35相连接；三相/二相变换器模块(140)的输出值ed(k)、eq(k)通过输出端O-9、O-10分别与双路加法器模块(170)的输入端I-17、I-18相连接，三相/二相变换器模块(140)的输出值Id(k)通过输出端O-11与三路比较器模块(172)的输入端I-20和双路乘法器模块(160)输入端I-36相连接，三相/二相变换器模块(140)的输出值Iq(k)通过输出端O-12与三路比较器模块(172)的输入端I-19和双路乘法器模块(160)输入端I-33相连接，三路比较器模块(172)的输入值Iqref(k)通过输入端I-21与无功电流常数相连接，三路比较器模块(172)的输入值Iref(k)通过输入端I-22与有功电流常数相连接；电流检测4的输出值Iout(k)与三路比较器模块(172)输入端I-23相连接，三路比较器模块(172)的输入值mode通过输入端I-24与逻辑控制器(180)输出端O-32相连接，三路比较器模块(172)的输入值Uref(k)通过输入端I-25与输出电压常数相连接，电压检测4的输出值Uout(k)分别与三路比较器模块(172)的输入端I-26相连接，三路比较器模块(172)的输出值Δeid(k)、Δeiq(k)通过输出端O-15、
\tO-16分别与双路比例积分运算模块模块(171)的输入端I-27、I-28相连接，双路比例积分运算模块模块(171)的输出值vd(k)、vq(k)通过输出端O-17和O-18经过反相器后与双路加法器模块(170)的输入端I-29、I-30相连接，双路乘法器模块(160)的输出值ωlIq(k)通过输出端O-21与双路加法器模块(170)的输入端I-32相连接，双路乘法器模块(160)的输出值ωlId(k)通过输出端O-22经过反相器后与双路加法器模块(170)的输入端I-31相连接，双路加法器模块(170)输出值Uq(k)、Ud(k)通过输出端O-19、O-20与二相动/二相静逆变换器模块(152)的输入端I-37、I-38相连接，二相动/二相静逆变换器模块(152)输出值Uα(k)、Uβ(k)通过输出端O-23、O-24与SVPWM运算模块(151)的输入端I-39、I-40相连接，SVPWM运算模块(151)的输出值Sa、Sb、Sc、通过输出端O-25、O-26、O-27、O-28、O-29、O-30分别与6个与逻辑运算器的一端相连接，6个与逻辑运算器的另一端与逻辑控制器的输出端O-31相连接，6个与逻辑运算器的输出值分别与带上电保护的IGBT驱动模块(151)的输入端I-41、I-42、I-43、I-44、I-45、I-46相连接。带上电保护的IGBT驱动模块产生的6路驱动信号G1、G2、G3、G4、G5、G6分别与IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6的门极相连接，驱动PFC整流升压调节模块(100)的6个IGBT；温度检测输出T与逻辑控制器(180)输入端I-47相连接，电压检测4的检测值Uout(k)与逻辑控制器(180)输入端I-48相连接，电流检测4的检测值Iout(k)与逻辑控制器的输入端I-49相连接，逻辑控制器的(180)输出信号J1通过输出端O-33与预启动/防反
\t灌模块的输入端UJ1相连接，逻辑控制器(180)的输出信号J2通过输出端O-34与散热风扇相连接。2.如权利要求1所述的电动汽车大功率直流充电机/桩的三相PFC整流装置，其特征在于：三相/二相变换器模块(140)内的双路三相/二相变换器模块(210)接收到交流电压电流A/D采样模块(120)的采集值eA(k)、eB(k)、eC(k)、IA(k)、IB(k)、IC(k)，经过计算后，产生输出值eα(k)、eβ(k)、Iα(k)、Iβ(k)送到双路二相静/二相动变换器模块(220)，又将输出值eα(k)、eβ(k)送到三相数字锁相环模块(130)。双路二相静/二相动变换器模块(220)接收到eα(k)、eβ(k)、Iα(k)、Iβ(k)和三相数字锁相环模块(130)的输出相位θ(k)，经运算后，通过输出端O-9、O-10、O-11、O-12输出ed(k)、eq(k)、Id(k)、Iq(k)。3.如权利要求1所述的电动汽车大功率直流充电机/桩三相PFC整流装置，其特征在于：三相数字锁相环模块(130)输入端I-14、I-15接收到eα(k)、eβ(k)后，经二相静/二相动变换器模块(310)运算，产生输出值将输入给比例积分运算模块1(320)，输出当前电网电压相位θ(k)值，一路将相位θ(k)值送入数据缓存模块(340)，数据缓存模块(340)反馈θ(k-1)回二相静/二相动变换器模块(310)，一路将相位θ(k)值通过微分运算模块(330)，输出当前电网电压角频率ω(k)值。4.如权利要求1所述的电动汽车大功率直流充电机/桩三相PFC整流装置，其特征在于：三路...

【专利技术属性】
技术研发人员：全书海，杨康，黄亮，谢长君，曾春年，叶麦克，徐先锋，全欢，陈启宏，石英，张立炎，邓坚，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42