一种具有母线谐波吸收功能的动力电池集成充电功率变换器及控制方法技术

本发明专利技术涉及一种具有母线谐波吸收功能的动力电池集成充电功率变换器，采用全新功率拓扑结构，能够减小系统的体积、提高充电效率、延长电池寿命，同时本发明专利技术设计了相应的控制方法，利用母线平均电流控制实现PFC功能，提高系统运行效率；并且利用母线谐波吸收电路保持母线电压稳定，减少谐波影响提高电能质量；同时利用降压型DC‑DC电路为负载提供更加稳定的电流，供给电池充电，提高充电效率，相应实现了对该具有母线谐波吸收功能的动力电池集成充电功率变换器的集成控制，能够减少功率器件和驱动资源，减小体积，降低成本，提高系统运行效率。

【技术实现步骤摘要】
一种具有母线谐波吸收功能的动力电池集成充电功率变换器及控制方法
本专利技术涉及一种具有母线谐波吸收功能的动力电池集成充电功率变换器及控制方法，属于功率变换

技术介绍
传统的功率变换器中，采用整流器级联DC-DC变换器为电池充电，但这样做使得直流母线电压受到谐波影响会在稳定值附近振荡，尤其是在单相整流的情况下，母线电压波动更加明显。母线电压的不稳定会降低电能质量，造成电池充电电流的不稳定，对电池的寿命、充电效率都会有不利影响。采用母线谐波吸收电路控制母线电压稳定，对提高变换器运行效率、保证电能质量有重要作用。另一方面，直接将多个变换器电路级联，需要的开关器件较多，占用不必要的控制资源，同时还会造成系统体积的增大，成本也不容易控制。因此，整合多种变换器的功能，同时做到控制方法上的集成，有助于功率变换器系统小型化、集成化发展，对其成本控制，应用领域扩展有着重要作用。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是提供一种具有母线谐波吸收功能的动力电池集成充电功率变换器，能够实现母线电压稳定，减小谐波影响，提高电能质量，为负载提供更加稳定的电流，供给电池充电，能够减少功率器件和驱动资源，减小体积、控制成本。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种具有母线谐波吸收功能的动力电池集成充电功率变换器，包括交流电源Us、第一N型IGBT晶体管S1、第一二极管D1、第二N型IGBT晶体管S2、第二二极管D2、第三N型IGBT晶体管S3、第三二极管D3、第四N型IGBT晶体管S4、第四二极管D4、第五N型IGBT晶体管S5、第五二极管D5、第六N型IGBT晶体管S6、第六二极管D6、第七N型IGBT晶体管S7、第七二极管D7、第一薄膜电容C1、第二薄膜电容C2、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、蓄电池Ub；其中，第一N型IGBT晶体管S1的发射极与第一二极管D1的阳极相对接，第一N型IGBT晶体管S1的集电极与第一二极管D1的阴极相对接，第二N型IGBT晶体管S2的发射极与第二二极管D2的阳极相对接，第二N型IGBT晶体管S2的集电极与第二二极管D2的阴极相对接，第三N型IGBT晶体管S3的发射极与第三二极管D3的阳极相对接，第三N型IGBT晶体管S3的集电极与第三二极管D3的阴极相对接，第四N型IGBT晶体管S4的发射极与第四二极管D4的阳极相对接，第四N型IGBT晶体管S4的集电极与第四二极管D4的阴极相对接，第五N型IGBT晶体管S5的发射极与第五二极管D5的阳极相对接，第五N型IGBT晶体管S5的集电极与第五二极管D5的阴极相对接，第六N型IGBT晶体管S6的发射极与第六二极管D6的阳极相对接，第六N型IGBT晶体管S6的集电极与第六二极管D6的阴极相对接，第七N型IGBT晶体管S7的发射极与第七二极管D7的阳极相对接，第七N型IGBT晶体管S7的集电极与第七二极管D7的阴极相对接；交流电源Us的其中一端串联第一电感L1后分别对接第一N型IGBT晶体管S1的发射极、第二N型IGBT晶体管S2的集电极，交流电源Us的另一端分别对接第三N型IGBT晶体管S3的发射极、第四N型IGBT晶体管S4的集电极；第一N型IGBT晶体管S1的集电极、第三N型IGBT晶体管S3的集电极、第五N型IGBT晶体管S5的集电极、第一薄膜电容C1的其中一端四者相对接；第二N型IGBT晶体管S2的发射极、第四N型IGBT晶体管S4的发射极、第七N型IGBT晶体管S7的发射极、第一薄膜电容C1的另一端、第二薄膜电容C2的其中一端、蓄电池Ub的负极六者相对接；第五N型IGBT晶体管S5的发射极分别对接第六N型IGBT晶体管S6的集电极、第二电感L2的其中一端；第二电感L2的另一端对接蓄电池Ub的正极；第六N型IGBT晶体管S6的发射极、第七N型IGBT晶体管S7的集电极、第三电感L3的其中一端三者相对接；第三电感L3的另一端对接第二薄膜电容C2的另一端。与上述相对应，本专利技术还要解决的技术问题是提供一种针对具有母线谐波吸收功能的动力电池集成充电功率变换器的控制方法，能够实现母线电压稳定，减小谐波影响，提高电能质量，为负载提供更加稳定的电流，供给电池充电，能够减少功率器件和驱动资源，减小体积、控制成本。本专利技术为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本专利技术设计了一种具有母线谐波吸收功能的动力电池集成充电功率变换器的控制方法，包括如下步骤：步骤A.采集第一薄膜电容C1两端的电压，即母线电压值VDC，并获得其与母线参考电压之间的误差，针对该误差执行PI控制，获得电流参考幅值然后进入步骤B；步骤B.控制交流电源Us的电压值vs依次经过PLL锁相环获得电压相位，然后经过sin处理，所获结果与电流参考幅值相乘，获得第一电流参考值然后进入步骤C；步骤C.采集经过第一电感L1的实际电流值is，并获得其与第一电流参考值之间的误差，针对该误差依次执行PI控制、PWM处理，获得分别对应第一N型IGBT晶体管S1、第二N型IGBT晶体管S2、第三N型IGBT晶体管S3、第四N型IGBT晶体管S4的控制信号S'1、S'2、S'3、S'4，然后进入步骤D；步骤D.采集经过第二电感L2的实际电流值ib，并获得其与第二电流参考值之间的差值，针对该误差依次执行PI控制、PWM处理，获得对应第五N型IGBT晶体管S5的控制信号S'5，然后进入步骤E；步骤E.采集第二薄膜电容C2两端的电压Va，并经过零阶保持器获得电压Va的基波分量电压Va0，然后进入步骤F；步骤F.获得电压Va基波分量电压Va0与参考基波分量电压之间的差值，并针对该差值进行PI控制，获得电压Va差值PI控制结果，然后进入步骤G；步骤G.采集对应母线电压值VDC的母线电流iDC，并经二阶带通滤波器获得母线电流iDC的二次谐波分量，然后进入步骤H；步骤H.控制母线电流iDC的二次谐波分量与电压Va差值PI控制结果相加，获得电路参考值并获得其与经过第三电感L3的实际电流值ir之间的差值，然后针对该差值依次经过重复控制器、PWM控制，获得对应第七N型IGBT晶体管S7的控制信号S'7，然后进入步骤I；步骤I.针对第五N型IGBT晶体管S5的控制信号S'5、第七N型IGBT晶体管S7的控制信号S'7执行异或逻辑运算，获得对应第六N型IGBT晶体管S6的控制信号S'6，然后进入步骤J；步骤J.应用分别对应第一N型IGBT晶体管S1、第二N型IGBT晶体管S2、第三N型IGBT晶体管S3、第四N型IGBT晶体管S4、第五N型IGBT晶体管S5、第六N型IGBT晶体管S6、第七N型IGBT晶体管S7的控制信号S'1、S'2、S'3、S'4、S'5、S'6、S'7，分别针对第一N型IGBT晶体管S1、第二N型IGBT晶体管S2、第三N型IGBT晶体管S3、第四N型IGBT晶体管S4、第五N型IGBT晶体管S5、第六N型IGBT晶体管S6、第七N型IGBT晶体管S7进行控制。作为本专利技术的一种优选技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有母线谐波吸收功能的动力电池集成充电功率变换器，其特征在于：包括交流电源U

【技术特征摘要】
1.一种具有母线谐波吸收功能的动力电池集成充电功率变换器，其特征在于：包括交流电源Us、第一N型IGBT晶体管S1、第一二极管D1、第二N型IGBT晶体管S2、第二二极管D2、第三N型IGBT晶体管S3、第三二极管D3、第四N型IGBT晶体管S4、第四二极管D4、第五N型IGBT晶体管S5、第五二极管D5、第六N型IGBT晶体管S6、第六二极管D6、第七N型IGBT晶体管S7、第七二极管D7、第一薄膜电容C1、第二薄膜电容C2、第一电感L1、第二电感L2、第三电感L3、蓄电池Ub；
其中，第一N型IGBT晶体管S1的发射极与第一二极管D1的阳极相对接，第一N型IGBT晶体管S1的集电极与第一二极管D1的阴极相对接，第二N型IGBT晶体管S2的发射极与第二二极管D2的阳极相对接，第二N型IGBT晶体管S2的集电极与第二二极管D2的阴极相对接，第三N型IGBT晶体管S3的发射极与第三二极管D3的阳极相对接，第三N型IGBT晶体管S3的集电极与第三二极管D3的阴极相对接，第四N型IGBT晶体管S4的发射极与第四二极管D4的阳极相对接，第四N型IGBT晶体管S4的集电极与第四二极管D4的阴极相对接，第五N型IGBT晶体管S5的发射极与第五二极管D5的阳极相对接，第五N型IGBT晶体管S5的集电极与第五二极管D5的阴极相对接，第六N型IGBT晶体管S6的发射极与第六二极管D6的阳极相对接，第六N型IGBT晶体管S6的集电极与第六二极管D6的阴极相对接，第七N型IGBT晶体管S7的发射极与第七二极管D7的阳极相对接，第七N型IGBT晶体管S7的集电极与第七二极管D7的阴极相对接；
交流电源Us的其中一端串联第一电感L1后分别对接第一N型IGBT晶体管S1的发射极、第二N型IGBT晶体管S2的集电极，交流电源Us的另一端分别对接第三N型IGBT晶体管S3的发射极、第四N型IGBT晶体管S4的集电极；
第一N型IGBT晶体管S1的集电极、第三N型IGBT晶体管S3的集电极、第五N型IGBT晶体管S5的集电极、第一薄膜电容C1的其中一端四者相对接；第二N型IGBT晶体管S2的发射极、第四N型IGBT晶体管S4的发射极、第七N型IGBT晶体管S7的发射极、第一薄膜电容C1的另一端、第二薄膜电容C2的其中一端、蓄电池Ub的负极六者相对接；第五N型IGBT晶体管S5的发射极分别对接第六N型IGBT晶体管S6的集电极、第二电感L2的其中一端；第二电感L2的另一端对接蓄电池Ub的正极；第六N型IGBT晶体管S6的发射极、第七N型IGBT晶体管S7的集电极、第三电感L3的其中一端三者相对接；第三电感L3的另一端对接第二薄膜电容C2的另一端。


2.一种针对权利要求1所述一种具有母线谐波吸收功能的动力电池集成充电功率变换器的控制方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤A.采集第一薄膜电容C1两端的电压，即母线电压值VDC，并获得其与母线参考电压之间的误差，针对该误差执行PI控制，获得电流参考幅值然后进入步骤B；
步骤B.控制交流电源Us的电压值vs依次经过PLL锁相环获得电压相位，然后经过sin处理，所获结果与电流参考幅值相乘，获得第一电流参考值然后进入步骤C；
步骤C.采集经过第一电感L1的实际电流值is，并获得其与第一电流参考值之间的误差，针对该误差依次执行PI控制、PWM处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：蔡骏，张仪，张菀，赵兴强，严颖，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32