一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机制造技术

本发明专利技术提供了一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，属于电力电子技术领域。本发明专利技术针对传统充电逆变一体机的充电电路和逆变电路各自独立，结构上不共用的问题，采用了一种两级式双向AC

【技术实现步骤摘要】
一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机


[0001]本专利技术涉及一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，属于电力电子


技术介绍

[0002]汽车电子化是汽车技术发展进程中的一次革命，是衡量汽车技术水平的重要标志。随着经济社会的蓬勃发展，人们对于驾驶舒适性和便利性提出了进一步的要求。用户在车辆的使用过程中会加装大量的车载用电设备，导致电能占整车能量消耗的比重增大，为提高车辆的燃油经济性，减少车辆的尾气排放污染，保证车载设备持续、安全、可靠地运行，具有供电形式多样化的车载电源系统应运而生。车载电源系统主要分为发电、储能和用电系统三部分，其中，储能电池作为连接电网与车载用电负荷之间的桥梁，其充放电控制均依赖于AC
‑
DC变换器的设计，因此，设计具有能量双向流动的充电逆变一体机，是当前车载电源系统的研究热点之一。
[0003]根据功率变换级数，AC
‑
DC变换器可分为单级式和双级式。单级式变换器仅有一级AC
‑
DC电路，通常采用带有工频变压器的隔离型拓扑，结构简单、体积大、重量大、安全性高；两级式变换器包括前级AC
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DC电路和后级DC
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DC电路，体积小、但控制策略复杂。
[0004]传统的充电逆变一体机在结构上将两个独立的充电电路和逆变电路封装在一个模块内，充电电路与逆变电路相互独立，具有控制简单、模块数量多、功率密度低等特点；在控制上采用模拟控制，但控制精度低、温漂现象和成本高。随着变换器功率等级的不断提升和集成电路的飞速发展，高功率密度和数字化控制成为充电逆变一体机当前的主要发展方向。为进一步提高变换器的工作效率，传统的同步整流控制方式多从硬件电路入手进行改进，通过增加控制芯片数量或利用变压器绕组，增加了设计成本的，且电路中的寄生参数也会对控制时序造成影响。
[0005]本专利技术提供了一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，在结构上，采用两级式双向AC
‑
DC变换器，实现充电电路和逆变电路的拓扑整合，提高一体机的功率密度；在控制上，采用分布式数字控制策略，将两级变换器在控制系统上完全解耦，保证一体机始终工作在单位功率因数下；低压端同步整流控制方法采用数字驱动控制，该方法能够在不需要增加额外检测电路的前提下，实现低压端同步整流管的控制，提高一体机的工作效率。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是为了解决上述现有技术存在的传统充电逆变一体机的充电电路和逆变电路各自独立，结构上不共用的问题，进而提供一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，该装置能够实现电池能量的双向流动，相比于传统充电逆变一体机，提高了功率器件利用率、变换器功率密度和工作效率，并能实现单位功率因数。
[0007]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：
[0008]一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，包括双向AC
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DC变换器、双向隔离
型DC
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DC谐振变换器、模式切换单元、采样单元和控制器，储能电池与双向隔离型DC
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DC谐振变换器低压端相连；双向AC
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DC变换器直流端与双向隔离型DC
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DC谐振变换器的高压端相连；双向AC
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DC变换器交流端通过模式切换单元与电网和交流负载相连；所述采样单元与电网、双向AC
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DC变换器的交流端和直流端、双向隔离型DC
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DC谐振变换器的高压端和低压端相连；控制器输入端与采样单元相连，控制器输出端与双向AC
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DC变换器、双向隔离型DC
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DC谐振变换器以及模式切换单元相连。
[0009]本专利技术所述的一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，提高功率因数和工作效率的数字控制方法为：采用基于DSP的分布式数字控制策略，对前级双向AC
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DC变换器和后级双向隔离型DC
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DC谐振变换器进行分别控制，在充电模式下采用电压电流双闭环控制，实现交流侧单位功率因数和电池侧恒压恒流的阶段式充电，在逆变模式下采用单电压控制，输出稳定交流纯正弦电压；另一方面为提高工作效率，对于后级双向隔离型DC
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DC变换器，利用功率开关管代替整流二极管，并根据开关频率与谐振频率的关系直接输出同步整流驱动信号，无需增加额外硬件电路，实现同步整流的精准控制。本专利技术采用了一种两级式双向AC
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DC变换器的拓扑结构，并针对该结构提出了一种全数字控制方法代替传统的模拟控制，提高了控制的灵活性、可靠性和稳定性，降低了控制电路成本。本专利技术采用分布式数字控制策略，对两级变换器进行独立控制，并通过比较开关频率与谐振频率的关系得出整流管驱动信号，无需在硬件上设计单独的检测电路，简化了变换器的硬件电路设计，实现数字化同步整流控制。
[0010]由于采用以上技术方案，本专利技术比现有技术具有以下有益效果：
[0011]1)本专利技术与传统一体机相比减小了变换器数量，降低了硬件电路的设计成本，提高了功率密度，功率器件利用率高、控制方法灵活准确。
[0012]2)本专利技术与传统一体机相比减少了同步整流检测控制电路，根据开关频率与谐振频率的关系计算同步整流管的导通时间，实现充电逆变一体机低压端同步整流的精准控制，有效提高了变换器的功率因数、功率密度和工作效率。
[0013]3)本专利技术与与传统一体机相比能够有效提高充电模式下交流侧的功率因数，实现功率因数≥0.99，同时可有效降低交流输入电流的THD值至0.8％以下，提高了变换器的电能质量。
附图说明
[0014]图1为本专利技术中一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机的结构框图；
[0015]图2为本专利技术中一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机的模式切换单元结构框图；
[0016]图3为本专利技术中一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机的控制器框图；
[0017]图4为本专利技术中一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机的充电控制框图；
[0018]图5为本专利技术中一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机的逆变控制框图；
[0019]图6为本专利技术中一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机的模式切换控制流程图；
[0020]图7为本专利技术中一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机的同步整流控制流程图。
具体实施方式
[0021]下面将结合附图对本专利技术做进一步的详细说明：本实施例在以本专利技术技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式，但本专利技术的保护范围不限于下述实施例。
[0022]如图1至图7所示，本实施例所涉及的一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，包括：双向AC
‑
DC变换器、双向隔离型DC
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DC谐振变换器、模式切换单元、采样单元和控制器；
[0023]其中，储本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，其特征在于，所述充电逆变一体机包括：双向AC
‑
DC变换器、双向隔离型DC
‑
DC谐振变换器、模式切换单元、采样单元和控制器；其中，储能电池与双向隔离型DC
‑
DC谐振变换器低压端相连；双向AC
‑
DC变换器直流端与双向隔离型DC
‑
DC谐振变换器的高压端相连；双向AC
‑
DC变换器交流端通过模式切换单元与电网和交流负载相连；所述采样单元与电网、双向AC
‑
DC变换器的交流端和直流端、双向隔离型DC
‑
DC谐振变换器的高压端和低压端相连；控制器输入端与采样单元相连，控制器输出端与双向AC
‑
DC变换器、双向隔离型DC
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DC谐振变换器以及模式切换单元相连。2.根据权利要求1所述的一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，其特征在于，所述模式切换单元由三个继电器RLY1、RLY2、RLY3和一个软启动电阻R构成。3.根据权利要求1所述的一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，其特征在于，所述采样单元包括电网输入电压采样，双向AC
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DC变换器交流端电压和电流采样、母线电压采样以及双向隔离型DC
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DC谐振变换器低压端的电压和电流采样。4.根据权利要求1所述的一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，其特征在于，所述控制器包括充电控制和逆变控制；充电控制包括AC
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DC直流电压环和交流电流环调节单元、DC
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DC电压环和电流环调节单元、同步整流控制单元；AC
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DC直流电压环调节单元根据直流母线电压期望值、直流母线电压实际值和电网电压，计算出双向AC
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DC变换器电感电流期望值，AC
‑
DC交流电流环调节单元根据电感电流期望值和双向AC
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DC变换器电感电流实际值生成双向AC
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DC变换器的控制信号，控制交流电感电流跟踪电网电压相位以及直流母线电压稳定；DC
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DC电压环调节单元与DC
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DC变换器电流环调节单元并联，实现变换器对储能电池恒压恒流的阶段式充电；低压端同步整流控制单元根据开关频率与谐振频率的关系生成整流管的驱动信号，控制双向DC
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DC变换器低压端开关管实现同步整流；逆变模式控制包括DC
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DC电压环调节单元和AC
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DC交流电压环调节单元；DC
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DC电压环调节单元根据直流母线电压期望值控制双向DC
‑
DC变换器输出直流稳定，AC
‑
DC变换器交流电压环调节单元根据交流电压期望值控制双向AC
‑
DC变换器输出交流稳定。5.根据权利要求4所述的一种高功率密度数字控制车载充电逆变一体机，其特征在于，所述充电控制的AC
‑
DC直流电压环和交流电流调节单元通过采样单元采集高压直流母线的直流电压U
HV
‑1，与母线电压基准U
HV
‑
1*
进行比较，得出高压直流母线输出的误差ΔU
...

【专利技术属性】
技术研发人员：马秀娟，于露滢，孟凡刚，吴晋蒙，杜合溪，张伟，
申请(专利权)人：威海天力电源科技有限公司哈尔滨工业大学威海，
类型：发明
国别省市：