全数字化高效多频快速充电电源制造技术

本实用新型专利技术提供一种全数字化高效多频快速充电电源。包括高功率因数高效整流模块及双向DC/DC变换模块，高功率因数高效整流模块包括有滤波电路、有源功率因数校正电路、网压检测电路、输入电流检测电路、PFC数字控制系统、功率因数校正驱动电路等；双向DC/DC变换模块包括有双向DC/DC变换器、输出滤波电路、双向DC/DC变换器数字控制系统、双向DC/DC变换器驱动电路等。本实用新型专利技术的有源功率因数校正电路采用了三相三电平三开关的拓扑形式，结合数字控制方式提高了功率因数并降低了电流谐波干扰；双向DC/DC变换器采用四相结构桥式电路，每两相通过耦合电感连接至输出，并结合同相互补、异相移相与多频控制方式，降低输出侧的电流纹波，提高了EMC特性与整机效率。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术是一种涉及电力电子与电力传动、电池充电技术及电动汽车等新能源领域的全数字化高效多频快速充电电源，属于充电电源的创新技术。
技术介绍
现有动力电池充电通常采用恒流充电、恒压充电的方法；恒流充电时，由于电池可接受电流的能力随着充电过程而下降，充电后期电流主要用于电解水，析出气体而不能有效地转化为化学能，充电效率下降；恒压充电时，由于电池电压不确定，造成充电电流过大， 易出现电池极柱弯曲等问题而影响电池寿命。实际应用多采用恒流、恒压分段式充电的方式，要求较长的充电时间。采用工频交流电作为输入的充电电源中，往往功率因数低，电流失真率大，脉冲充电对电网产生的谐波干扰比较强，大功率充电电源尤其如此；此外，输出部分的DC/DC变换模块效率也成为影响充电电源往大功率快速充电方向发展的瓶颈。为此，现有技术中出现了对动力电池进行正负脉冲快速充电的一些方法，并且也有一些较高效率的充电电源出现，例如中国专利200710020300,200710022012. 4， 201010202827. 2等都提及了对电池进行快速充电的技术方案，中国专利200710000451. 5， 200510091141. χ提及了提高功率因数与效率的技术方案，但各自的技术方案各不相同，未见同时将高功率因数高效整流与快速充电结合在一起的技术方案。
技术实现思路
本技术的目的在于考虑上述问题而提供一种解决大容量电池快速充电的问题的全数字化高效多频快速充电电源。本技术设计合理，方便实用。本技术的技术方案是本技术的全数字化高效多频快速充电电源，包括有高功率因数高效整流模块及双向DC/DC变换模块，其中高功率因数高效整流模块包括有滤波电路、有源功率因数校正电路、网压检测电路、输入电流检测电路、PFC数字控制系统、 母线电压检测电路、功率因数校正驱动电路及母线超级电容，网压检测电路连接电压保护电路，母线电压检测电路、输入电流检测电路、电压保护电路一起连接至PFC数字控制系统中，PFC数字控制系统通过功率因数校正驱动电路与有源功率因数校正电路连接；双向DC/ DC变换模块包括有双向DC/DC变换器、输出滤波电路、双向DC/DC变换器数字控制系统，输出电流检测电路、输出电压检测电路、双向DC/DC变换器驱动电路，输出电流检测电路、输出电压检测电路均连接双向DC/DC变换器数字控制系统，双向DC/DC变换器数字控制系统通过双向DC/DC变换器驱动电路与双向DC/DC变换器连接，双向DC/DC变换器(10)与输出滤波电路相互连接后输出至电池。上述有源功率因数校正电路包括有电感Li、L2、L3、二极管Dl D18，功率开关管 Ql、Q2、Q3、电容C3、C4，母线超级电容Cl、C2、双向DC/DC变换器包括有功率开关管VTl VT8、二极管D19 D26、电容C5 C12，电感L4 L7及电容C13、C14，电感L1、L2、L3，二极管Dl D18，功率开关管Ql、Q2、Q3母线中超级电容Cl、C2连接构成有源功率因数校正电路；后级由功率开关管VTl VT8、二极管D19 D26、电容C5 C12、电感L4 L7及电容 C13相互连接构成DC/DC变换器；有源功率因数校正电路中，二极管D7、D8、D9、D10与Ql构成R相的双向开关，Dll、D12、D13、D14与Q2构成S相的双向开关，D15、D16、D17、D18与 Q3构成T相的双向开关，双向开关的左边分别与输入电感L1、L2、L3相连接，右边同时连接至母线电容的中点，与二极管Dl D6共同构成三相三电平三开关的结构形式，功率开关管 VTl VT8与反并联的二极管D19 D26、电容C5 C12构成四相桥式的电路，四相上桥臂漏极均与连接有超级电容的直流母线正极连接，四相下桥臂源极均与连接有超级电容的直流母线负极连接，中点分别连接电感L4、L5、L6、L7的左侧，电感L4 L7右侧均接至输出电容C13正极。上述双向DC/DC变换器中采用的耦合电感L4 L7，L4与L5、L6与L7分别绕在同一个EE磁芯的两边，从左往右看按顺时针方向绕线，电流由b、c流向a或电流由bl、Cl流向al时，所产生的磁通方在磁芯中柱的方向一致，磁芯留有气隙，以确保电感工作时不进入饱和状态，耦合电感的a、al均接至电容C13正极。上述VT1、VT2与VT3、VT4驱动信号相位相差180度，VTU VT2与VT5、VT6驱动信号相位相差90度，VT5、VT6与VT7、VT8驱动信号相位相差180度。上述双向DC/DC变换器采用双闭环控制方式，电流为内环，电压为外环。上述L4、L5、L6、L7中安装有用于采集四相电流的电流传感器，电流传感器的信号输出端通过采样调理电路将信号送至双向DC/DC变换器。上述双向DC/DC变换器采用同相互补、异相移相的控制方式.上述双向DC/DC变换器数字控制系统根据电流的大小调节双向DC/DC变换器的工作频率。通过双向DC/DC变换器电流双向流动特性来实现电池充电及短时大电流放电。本技术根据马斯定律所指出的电池充电过程中间隔的对电池进行短时大电流放电，可使电池去极化，提高充电电流接受率，本技术提供一种全数字化高效多频快速充电电源。该电源通过超级电容或大容量电容将有源功率因数校正电路与双向DC/DC变换器连接在一起，采用三相三电平三开关整流技术、双向DC/DC变换器四相桥式电路结合电感耦合技术与多频控制等技术，解决大容量电池快速充电的问题。本技术与现有技术相比，具有如下优点(1)本技术的整流器采用三相三电平三开关整流技术结合数字控制技术，功率因数极高，电流失真率极小。(2)本技术的DC/DC变换器采用四相桥式结构，结合控制方法，实现了软开关，降低了电磁干扰，提高了效率；结合电感耦合技术，降低了电感与电容的体积要求；根据充电电流调节工作频率的变频控制方法，保证了不同输出功率等级下的高效率。(3)本技术将马斯定律应用于电池充电，结合数字控制系统，实现大功率快速充电。本技术是一种设计巧妙，性能优良，方便实用的全数字化高效多频快速充电电源。附图说明图1是本技术的系统整体框图；图2是本技术的主电路原理图；图3是本技术采用的耦合电感结构原理图；图4是本技术的开关器件驱动电路图；图5 (a)是本技术的PFC控制系统主程序流程图；图5 (b)是本技术的PFC控制系统中断程序流程图；图5 (c)是本技术的双向DC/DC变换器控制系统主程序流程图；图5(d)是本技术的双向DC/DC变换器控制系统中断程序流程图。具体实施方式实施例本技术的结构示意图如图1、2、3所示，如图1所示是本技术的系统整体框图，所述的充电电源，其输入为工频三相交流电，对象是电池，三相交流电通过滤波、整流后，由双向DC/DC变换器将电压变换到适合电池充电的电压后，经输出滤波给电池充电；本技术通过PFC数字控制系统对有源功率因数校正电路进行控制，并通过输入电流检测环节与母线电压检测环节来实现闭环控制，控制系统产生的控制信号通过驱动电路连接有源功率因数校正电路；通过双向DC/DC变换器数字控制系统对双向DC/DC变换器进行控制， 并通过输出端的电流检测环节本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李志忠，周映虹，李优新，刘方铭，姚震，黎勉，粱秀玲，黄熙，
申请(专利权)人：广东工业大学，
类型：实用新型
国别省市：