一种电动汽车大功率充电装置拓扑结构制造方法及图纸

一种电动汽车大功率充电装置拓扑结构，属于新能源汽车充电系统设计与应用领域。解决了现有大功率充电装置的开关损耗高，直流电压利用率低，畸变大，充电直流输出端电压等级低问题。本发明专利技术所述前级为AC‑DC结构，采用多电平PWM整流，利用不连续脉宽调制策略使得整流器谐波畸变小，开关损耗低，直流电压利用率高。本发明专利技术适用于电动汽车大功率充电装置使用。

【技术实现步骤摘要】
一种电动汽车大功率充电装置拓扑结构
本专利技术属于新能源汽车充电系统设计与应用领域。
技术介绍
电动汽车的发展对于缓解石油能源紧缺和减少有害气体排放有非常大的促进意义，大力发展电动汽车产业是汽车行业的第二次革新。在电动汽车的发展中，充电基础设施的发展是非常重要的，充电装置的性能直接影响到电动汽车的使用感受和使用寿命。由于充电时间受到充电的功率大小的影响，所以需要电压等级很高的直流电压向电动汽车电池充电。因此，功能完善、安全可靠、兼容性好、充电速度快，充电电压等级高的电动汽车大功率充电装置对电动汽车行业整体的发展具有重要意义。目前大功率充电装置拓扑结构中前级一般采用传统的全桥或者半桥整流方式，后级DC/DC变换器也一般采用非隔离式拓扑结构，与前端的整流器直接相连，共同对电网电能进行变换(AC-DC-DC)，为电动汽车充电。虽然此种方式结构较为简单，效率较高但是难以满足输出直流端越来越高的电压等级，很难达到大功率充电的这一等级。
技术实现思路
本专利技术是为了解决现有大功率充电装置的开关损耗高，直流电压利用率低，畸变大，充电直流输出端电压等级低的问题，提出了一种电动汽车大功率充电装置拓扑结构。本专利技术所述一种电动汽车大功率充电装置拓扑结构，包括前级AC-DC结构和后级DC-DC变换器；所述前级AC-DC结构包括三个电感La、电感Lb、电感Lc、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、开关管S1、开关管S2、开关管S3、电容C1和电容C2；>后级DC-DC变换器包括电感L1、电感L2、开关管S4、开关管S5、开关管S6、二极管D7、二极管D8和电容C3；电感La的一端连接a相电网电源，另一端连接二极管D1阳极；二极管D1阴极连接极性电容C1的正极，极性电容C1的负极连接极性电容C2的正极；极性电容C2的负极连接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接二极管D1阳极；电感La的另一端还连接开关管S1的漏极，开关管S1的源极连接极性电容C1的负极；电感Lb的一端连接b相电网电源，另一端连接二极管D2的阳极，二极管D2阴极连接极性电容C1的正极，二极管D2的阳极还连接二极管D5的阴极；电感Lb的另一端还连接开关管S2的漏极,开关管S2的源极连接极性电容C1的负极；电感Lc的一端连接c相电网电源，另一端连接二极管D3阳极，二极管D3阴极连接极性电容C1的正极；二极管D3的阳极还连接二极管D6的阴极；电感Lc的另一端还连接开关管S3的漏极，开关管S3的源极连接极性电容C1的负极；二极管D7的阳极连接极性电容C1的正极，二极管D7的阴极连接开关管S5的源极，开关管S5漏极连接电感L1的一端，电感L1的另一端连接二极管D7的阳极；开关管S5漏极还连接开关管S4漏极，开关管S4源极连接极性电容C2的负极；二极管D7的阴极还连接电感L2的一端，电感L2的另一端连接开关管S6的漏极，开关管S6的源极连接极性电容C2的负极；电感L2的另一端还连接二极管D8的阳极，二极管D8的阴极连接极性电容C3的正极，极性电容C3的负极连接开关管S6的源极；二极管D8的阴极连接负载电阻的一端；极性电容C3的负极连接负载电阻的另一端。进一步地，电感La、电感Lb和电感Lc的型号相同，二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6的型号相同，开关管S1、开关管S2和开关管S3的型号相同，电容C1和电容C2的型号相同，电感L1和电感L2的型号相同，开关管S4、开关管S5、开关管S6、二极管D7和二极管D8的型号相同。进一步地，本专利技术中，还包括控制电路，所述控制电路包括开关管驱动电路、DSP控制系统、电压传感器和电流传感器；电压传感器用于对前级AC-DC结构的三相输入电压、输出电压和后级DC/DC变换器结构的输出电压分别进行采样，并将采集的电压信号发送至DSP控制系统；电流传感器用于对前级AC-DC结构的三相输入电流和电感L1的电流进行采样；并将采集的电流信号发送至DSP控制系统；DSP控制系统根据接收的电压信号和电流信号采用PI算法，获取开关管的控制信号，并将开关管的控制信号发送至开关管驱动电路，所述开关管驱动电路根据接收的控制信号分别驱动开关管S1、开关管S2、开关管S3、开关管S4、开关管S5和开关管S6导通或关闭。进一步地，DSP控制系统采用电压PI控制器实现。进一步地，本专利技术中，所述前级AC-DC结构的控制方法为：步骤一一、对前级AC-DC结构的三相输入电压、输出电压和三相输入电流分别进行abc-dq坐标变换；步骤一二、利用坐标变换后的输入电压、输出电压、输入电流和目标参考电流，采用PI控制器进行电压电流双环控制，获取指令电压矢量；步骤一三、对指令电压矢量作dq-αβ坐标变换，根据三相输入电流的相位差周期和正负极，获取输入电流所在的矢量扇区；步骤一四、在步骤一三确定的矢量扇区内对指令电压矢量进行分解，利用扇区内的作用矢量按照作用顺序和作用时间进行排列合成前级AC-DC结构开关管的控制信号。进一步地，本专利技术中，步骤一四中所述的利用扇区内的作用矢量按照作用顺序和作用时间进行排列合成前级AC-DC结构开关管的控制信号的具体方法为：根据前级AC-DC结构的电容C1和电容C2的电压差值，将所述电压差值与设定阈值进行比较，根据最近三矢量原则，调节电容C1和电容C2的中点电位，使前级AC-DC结构输出侧的中点电位平衡；获得调节前级AC-DC结构输出侧中点电位的作用矢量；根据伏秒平衡原理，利用调节前级AC-DC结构输出侧中点电位的作用矢量，计算出指令电压矢量中作用矢量的作用时间和作用顺序，获得前级AC-DC结构的开关管控制信号。进一步地，本专利技术中，所述后级DC-DC变换器的控制方法为：步骤二一、将后级DC-DC变换器输出电压与目标参考电压进行比较，获取误差信号；步骤二二、采用PI控制器对误差信号进行电压环控制，获取期望电感电流；步骤二三、将获取的期望电感电流与电感电流IL1的电流进行比较，获取电流误差信号；步骤二四、将误差电流信号输入电流环PI控制器，获取每个开关管占空比值；步骤二五、根据每个开关管的占空比的值调整PWM波一个周期中开关管的导通和关断的时间；获得对后级DC-DC变换器的控制信号。本专利技术所述拓扑结构前级为AC-DC结构，采用多电平PWM整流，利用不连续脉宽调制策略使得整流器具有谐波畸变小，开关损耗低，直流电压利用率高等优点。后级的DC-DC变换器具较高的电压增益，较低的电压应力，快速的响应速度，可以根据负载的功率需求通过控制DC-DC变换器部分的开关管进行功率追踪，以达到满足电动汽车大功率充电等级的要求。附图说明图1是本专利技术所述一种电动汽车大功率充电装置拓扑结构电路图；图2是本专利技术所述一种电动汽车大功率充电装置拓扑结本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种电动汽车大功率充电装置拓扑结构，其特征在于，包括前级AC-DC结构和后级DC-DC变换器；/n所述前级AC-DC结构包括三个电感La、电感Lb、电感Lc、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、开关管S1、开关管S2、开关管S3、电容C1和电容C2；/n后级DC-DC变换器包括电感L1、电感L2、开关管S4、开关管S5、开关管S6、二极管D7、二极管D8和电容C3；/n电感La的一端连接a相电网电源，另一端连接二极管D1阳极；/n二极管D1阴极连接极性电容C1的正极，极性电容C1的负极连接极性电容C2的正极；极性电容C2的负极连接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接二极管D1阳极；/n电感La的另一端还连接开关管S1的漏极，开关管S1的源极连接极性电容C1的负极；/n电感Lb的一端连接b相电网电源，另一端连接二极管D2的阳极，二极管D2阴极连接极性电容C1的正极，二极管D2的阳极还连接二极管D5的阴极；/n电感Lb的另一端还连接开关管S2的漏极,开关管S2的源极连接极性电容C1的负极；/n电感Lc的一端连接c相电网电源，另一端连接二极管D3阳极，二极管D3阴极连接极性电容C1的正极；二极管D3的阳极还连接二极管D6的阴极；/n电感Lc的另一端还连接开关管S3的漏极，开关管S3的源极连接极性电容C1的负极；/n二极管D7的阳极连接极性电容C1的正极，二极管D7的阴极连接开关管S5的源极，开关管S5漏极连接电感L1的一端，电感L1的另一端连接二极管D7的阳极；开关管S5漏极还连接开关管S4漏极，开关管S4源极连接极性电容C2的负极；/n二极管D7的阴极还连接电感L2的一端，电感L2的另一端连接开关管S6的漏极，开关管S6的源极连接极性电容C2的负极；/n电感L2的另一端还连接二极管D8的阳极，二极管D8的阴极连接极性电容C3的正极，极性电容C3的负极连接开关管S6的源极；/n二极管D8的阴极连接负载电阻的一端；极性电容C3的负极连接负载电阻的另一端。/n...

【技术特征摘要】
20200731 CN 20201076086001.一种电动汽车大功率充电装置拓扑结构，其特征在于，包括前级AC-DC结构和后级DC-DC变换器；
所述前级AC-DC结构包括三个电感La、电感Lb、电感Lc、二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5、二极管D6、开关管S1、开关管S2、开关管S3、电容C1和电容C2；
后级DC-DC变换器包括电感L1、电感L2、开关管S4、开关管S5、开关管S6、二极管D7、二极管D8和电容C3；
电感La的一端连接a相电网电源，另一端连接二极管D1阳极；
二极管D1阴极连接极性电容C1的正极，极性电容C1的负极连接极性电容C2的正极；极性电容C2的负极连接二极管D4的阳极，二极管D4的阴极连接二极管D1阳极；
电感La的另一端还连接开关管S1的漏极，开关管S1的源极连接极性电容C1的负极；
电感Lb的一端连接b相电网电源，另一端连接二极管D2的阳极，二极管D2阴极连接极性电容C1的正极，二极管D2的阳极还连接二极管D5的阴极；
电感Lb的另一端还连接开关管S2的漏极,开关管S2的源极连接极性电容C1的负极；
电感Lc的一端连接c相电网电源，另一端连接二极管D3阳极，二极管D3阴极连接极性电容C1的正极；二极管D3的阳极还连接二极管D6的阴极；
电感Lc的另一端还连接开关管S3的漏极，开关管S3的源极连接极性电容C1的负极；
二极管D7的阳极连接极性电容C1的正极，二极管D7的阴极连接开关管S5的源极，开关管S5漏极连接电感L1的一端，电感L1的另一端连接二极管D7的阳极；开关管S5漏极还连接开关管S4漏极，开关管S4源极连接极性电容C2的负极；
二极管D7的阴极还连接电感L2的一端，电感L2的另一端连接开关管S6的漏极，开关管S6的源极连接极性电容C2的负极；
电感L2的另一端还连接二极管D8的阳极，二极管D8的阴极连接极性电容C3的正极，极性电容C3的负极连接开关管S6的源极；
二极管D8的阴极连接负载电阻的一端；极性电容C3的负极连接负载电阻的另一端。


2.根据权利要求1所述的一种电动汽车大功率充电装置拓扑结构，其特征在于，电感La、电感Lb和电感Lc的型号相同，二极管D1、二极管D2、二极管D3、二极管D4、二极管D5和二极管D6的型号相同，开关管S1、开关管S2和开关管S3的型号相同，电容C1和电容C2的型号相同，电感L1和电感L2的型号相同，开关管S4、开关管S5、开关管S6、二极管D7和二极管D8的型号相同。


3.根据权利要求1所述的一种电动汽车大功率充电装置拓扑结构，其特征在于，还包括控制电路，所述控制电路包括开关管驱动电路、DSP控制系统、电压传感器和电流传感器；
电压传感器用于对前级AC-DC结...

【专利技术属性】
技术研发人员：杜玖玉，刘郑心，陈天锦，边慧萍，
申请(专利权)人：清华大学，许继电源有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11