一种电容充电装置及其控制方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种电容充电装置及其控制方法，该装置包括：三相整流电路模块、升降压斩波电路模块、输出转换电路模块。所述输出转换电路模块配置成：在两个电容组充电时，输出转换电路模块使得两个电容组形成并联连接，并将升降压斩波电路模块输出的充电电压同时提供给两个电容组，以使两个电容组同时充电；在两个电容组放电时，输出转换电路模块不再将升降压斩波电路模块输出的充电电压提供给两个电容组，并使得两个电容组形成串联连接，以利用两个电容组上的电压之和为负载供电。本发明专利技术、降低了充电装置的功率器件开关的损耗，缩小了输入输出电压的转换比从而提高了电源转换效率、降低了充电装置中升降压斩波电路模块的功率器件开关管的电压等级。

【技术实现步骤摘要】
一种电容充电装置及其控制方法
本专利技术属于电容充放电
，尤其涉及一种电容充电装置及其控制方法。
技术介绍
轨道工程机车主要用于铁路维护，一般采用内燃+电力牵引的双动力系统。一方面，轨道工程机车需要具备很高的机动灵活作业性能；另一方面，当轨道工程机车处于山洞、隧道等无电区进行检修作业，因内燃柴油机工作会排出大量烟雾而无法长时间工作时，电力牵引动力系统需要为机车提供一定时间的清洁、环保的动力。随着超级电容器技术的飞速发展和日渐成熟，超级电容器越来越广泛地应用于国内外工程机车上，超级电容器一般设置在机车的牵引变流器中间直流环节。一方面，超级电容器可以回收机车制动时的回馈能量；另一方面，超级电容器还可以在库内或电网供电时进行充电。在超级电容器充满电后，当机车处于无电区或不起动内燃柴油机时，可为工程机车牵引和辅助供电系统提供电能。这有利于工程机车的机动灵活作业，提高了机车的环保和节能两大性能指标。超级电容器的充电离不开充电装置，目前的超级电容充电装置主要采用先升压后降压的斩波方式对电容器中串联的电容组进行充电。此种方式中的升/降压斩波电路相互独立，方便控制；但是在升压斩波电路和降压斩波电路中分别存在一个电抗器，即安装了两个电抗器，这无疑增加了充电装置的成本。另外，升/降压斩波电路同时工作，这也增加了功率器件开关管的开关损耗，降低了电源转换效率。由于轨道工程机车的中间直流环节电压比较高，通常额定电压的等级为直流1800V。因此在现有的充电装置中，升/降压斩波电路中的功率器件开关管需要采用电压等级更高的功率器件开关管(例如3300V)进行电压的处理。电压等级越高的功率器件开关管的开关频率越低，损耗越大，进而导致充电装置开关频率低，电抗器体积变大、重量变重，而且充电装置工作时电磁噪音大。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种能够对为机车供电的超级电容充电的电容充电装置及其控制方法，以解决现有技术中电容充电装置升降压斩波电路中分别设置有电抗器导致成本高、功率器件开关管损耗大、电源转换效率低的问题，以及升/降压斩波电路中采用电压等级较高的功率器件开关管从而导致充电装置的开关频率低、损耗大、电抗器体积大、系统工作时电磁噪声大的问题。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种电容充电装置，包括：三相整流电路模块，其用于将三相交流电压转换成直流电压；升降压斩波电路模块，其输入端电连接所述三相整流电路的输出端，用于将所述三相整流电路输出的直流电压通过升压或降压的处理转换成电容充电所需的充电电压；输出转换电路模块，其输入端电连接所述升降压斩波电路模块的输出端，其输出端电连接两个电容组；其中所述输出转换电路模块配置成：在所述两个电容组充电时，所述输出转换电路模块使得所述两个电容组形成并联连接，并将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压同时提供给所述两个电容组，以使所述两个电容组同时充电；在所述两个电容组放电时，所述输出转换电路模块不再将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压提供给所述两个电容组，并使得所述两个电容组形成串联连接，以利用所述两个电容组上的电压之和为负载供电。优选地，所述三相整流电路模块为三相不控制整流桥。优选地，所述升降压斩波电路模块包括Buck降压斩波单元和Boost升压斩波单元，其中所述Buck降压斩波单元与所述Boost升压斩波单元共用一个电抗器。优选地，所述升降压斩波电路模块包括第一功率器件开关管、第二功率器件开关管、电抗器、第一二极管、第二二极管和第二电容；其中，所述第一功率器件开关管的负极电连接所述三相整流电路模块的输出端的一端，所述第一功率器件开关管的正极电连接所述电抗器的一端以及所述第一二极管的负级，所述电抗器的另一端电连接所述第二功率器件开关管的负极以及所述第二二极管的正极，所述第二二极管的负极电连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端、所述第二功率器件开关管的负级以及所述第一二极管的正极均电连接所述三相整流电路模块的输出端的另一端，其中所述第二电容的两端为所述升降压斩波电路的输出端，其中所述第一功率器件开关管和所述第一功率器件开关管不同时输出PWM波电压。优选地，所述输出转换电路模块包括：第一输出单元和第二输出单元，所述第一输出单元的输入端和第二输出单元的输入端分别电连接所述升降压斩波电路的输出端，所述第一输出单元的输出端和第二输出单元的输出端分别电连接所述两个电容组中的第一电容组和第二电容组，用于将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压同时提供给所述第一电容组和所述第二电容组；以及连接转换单元，所述连接转换单元电连接在所述第一输出单元的输出端与所述第二输出单元的输出端之间，用于在所述第一电容组和所述第二电容组充电时，使得所述第一电容组与所述第二电容组形成并联连接，以及在所述第一电容组和所述第二电容组放电时，使得所述第一电容组与所述第二电容组形成串联连接。优选地，所述第一输出单元包括第三接触器，所述第三接触器设置成，当所述第三接触器闭合时，所述第一输出单元能够将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压提供给所述第一电容组；所述第二输出单元包括第四接触器，所述第四接触器设置成，当所述第四接触器闭合时，所述第二输出单元能够将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压提供给所述第二电容组；所述连接转换单元包括第五接触器，所述第五接触器设置成，在所述第一电容组和所述第二电容组充电时断开，在所述第一电容组和所述第二电容组放电时闭合。优选地，所述第一/第二输出单元还包括防反二极管和用于实现均流控制的电流传感器。一种电容充电装置的控制方法，其包括以下步骤：S10，将输入的三相交流电压转换成直流电压；S20，将所述直流电压通过升压或降压的处理转换成电容充电所需的充电电压；S30，在所述两个电容组充电时，使所述两个电容组中的第一电容组与第二电容组形成并联连接，并将所述充电电压同时提供给所述第一电容组和所述第二电容组；S40，在所述两个电容组放电时，不再将所述充电电压提供给所述第一电容组和所述第二电容组，同时使所述第一电容组与所述第二电容组形成串联连接，以利用所述第一电容组和所述第二电容组上的电压之和为负载供电。优选地，在所述两个电容组充电时，使所述输出转换电路模块的第一输出单元的第三接触器和第二输出单元的第四接触器闭合，同时使连接转换单元的第五接触器断开，以使所述第一电容组与所述第二电容组形成并联连接，同时充电；在所述两个电容组放电时，使所述输出转换电路模块的第一输出单元的第三接触器和第二输出单元的第四接触器断开，同时使连接转换单元的第五接触器闭合，以使所述第一电容组与第二电容组形成串联连接，以为负载供电。优选地，在所述步骤S20中，当充电电压低于直流电压时，所述升降压斩波电路模块的Buck降压斩波单元的第一功率器件开关管输出PWM波电压，Boost升压斩波单元的第二功率器件开关管关断；当充电电压高于直流电压时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电容充电装置，其特征在于，包括：/n三相整流电路模块，其用于将三相交流电压转换成直流电压；/n升降压斩波电路模块，其输入端电连接所述三相整流电路的输出端，用于将所述三相整流电路输出的直流电压通过升压或降压的处理转换成电容充电所需的充电电压；/n输出转换电路模块，其输入端电连接所述升降压斩波电路模块的输出端，其输出端电连接两个电容组；/n其中所述输出转换电路模块配置成：/n在所述两个电容组充电时，所述输出转换电路模块使得所述两个电容组形成并联连接，并将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压同时提供给所述两个电容组，以使所述两个电容组同时充电；/n在所述两个电容组放电时，所述输出转换电路模块不再将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压提供给所述两个电容组，并使得所述两个电容组形成串联连接，以利用所述两个电容组上的电压之和为负载供电。/n

【技术特征摘要】
1.一种电容充电装置，其特征在于，包括：
三相整流电路模块，其用于将三相交流电压转换成直流电压；
升降压斩波电路模块，其输入端电连接所述三相整流电路的输出端，用于将所述三相整流电路输出的直流电压通过升压或降压的处理转换成电容充电所需的充电电压；
输出转换电路模块，其输入端电连接所述升降压斩波电路模块的输出端，其输出端电连接两个电容组；
其中所述输出转换电路模块配置成：
在所述两个电容组充电时，所述输出转换电路模块使得所述两个电容组形成并联连接，并将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压同时提供给所述两个电容组，以使所述两个电容组同时充电；
在所述两个电容组放电时，所述输出转换电路模块不再将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压提供给所述两个电容组，并使得所述两个电容组形成串联连接，以利用所述两个电容组上的电压之和为负载供电。


2.如权利要求1所述的电容充电装置，其特征在于，所述三相整流电路模块为三相不控制整流桥。


3.如权利要求1所述的电容充电装置，其特征在于，所述升降压斩波电路模块包括Buck降压斩波单元和Boost升压斩波单元，其中所述Buck降压斩波单元与所述Boost升压斩波单元共用一个电抗器。


4.如权利要求1所述的电容充电装置，其特征在于，所述升降压斩波电路模块包括第一功率器件开关管、第二功率器件开关管、电抗器、第一二极管、第二二极管和第二电容；
其中，所述第一功率器件开关管的负极电连接所述三相整流电路模块的输出端的一端，所述第一功率器件开关管的正极电连接所述电抗器的一端以及所述第一二极管的负级，所述电抗器的另一端电连接所述第二功率器件开关管的负极以及所述第二二极管的正极，所述第二二极管的负极电连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端、所述第二功率器件开关管的负级以及所述第一二极管的正极均电连接所述三相整流电路模块的输出端的另一端，其中所述第二电容的两端为所述升降压斩波电路的输出端，其中所述第一功率器件开关管和所述第一功率器件开关管不同时输出PWM波电压。


5.如权利要求1所述的电容充电装置，其特征在于，所述输出转换电路模块包括：
第一输出单元和第二输出单元，所述第一输出单元的输入端和第二输出单元的输入端分别电连接所述升降压斩波电路的输出端，所述第一输出单元的输出端和第二输出单元的输出端分别电连接所述两个电容组中的第一电容组和第二电容组，用于将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压同时提供给所述第一电容组和所述第二电容组；以及
连接转换单元，所述连接转换单元电连接在所述第一输出单元的输出端与所述第二输出单元的输出端之间，用于在所述第一电容组和所述第二电容组充电时，使得...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗国永，邹建军，徐文龙，饶沛南，
申请(专利权)人：株洲中车时代电气股份有限公司，
类型：发明
国别省市：湖南;43