CN105743176B

CN105743176B - 一种电容充电装置的控制方法

Info

Publication number: CN105743176B
Application number: CN201610216075.2A
Authority: CN
Inventors: 不公告发明人
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2016-04-10
Filing date: 2016-04-10
Publication date: 2018-03-09
Anticipated expiration: 2036-04-10
Also published as: CN105743176A

Abstract

本发明公开了一种电容充电装置的控制方法，主要解决了现有技术中无法有效回收利用负载电容放电完成后出现的反向电压的问题。该一种电容充电装置，包括控制模块、直流供电模块、预充电模块、回收电感、充电电感、回收开关、充电开关、触发和采集电路，本发明还公开了该装置的控制方法。通过上述方案，本发明可以很好地为电容进行重频充电，具有很高的实用价值和推广价值。

Description

一种电容充电装置的控制方法

技术领域

本发明涉及重频电容充电技术，特别提供了一种电容充电装置的控制方法。

背景技术

单周期谐振充电方式常用到重复频率工作的电容储能型装置上，其原理图如附图1所示，在零时刻开关S闭合，直流供电模块DC通过电感L向负载电容C充电，在一个谐振周期内完成充电，因此被称之为单周期谐振充电方式。在负载电容上可以获得近两倍的直流供电电压，单周期谐振充电方式不需要变压器即可完成升压，具有结构简单、控制方便等优势，获得了广泛应用。然而，电容储能型装置的储能电容在放电后一般都会产生反向电压，该反向电压会随着负载的变化而变化，高的时候能接近充电电压值，如果没有相应的措施，充电电压会随之变化、无法获得稳定的电压输出。提高充电精度的一种方法是采用低Q（de-Qing）电路，参考（《线型脉冲调制器理论基础与专用电路》第十二章，国防工业出版社，东冲编，1978年12月第一版），低Q（de-Qing）电路带来了复杂性，而且负载电容的反向电压没有进行回收利用，降低了整体效率。

发明内容

本发明的目的是在单周期谐振充电方式的简单结构基础上，既充分回收、利用负载电容反向电压，又保持较高的充电精度。特提供了一种电容充电装置的控制方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种电容充电装置的控制方法，电容充电装置包括：

与负载电容C1并联的，由充电开关S2及其触发驱动、充电电感L2和直流供电模块串联组成的充电电路；

与负载电容C1并联的，由回收开关S1及其触发驱动、回收电感L1串联组成的回收电路；

与负载电容C1并联的预充电模块；

输入端与负载电容C1连接的负载电压采集电路；

输入端与直流供电模块连接的供电电压采集电路；

输入端连接供电电压采集电路和负载电压采集电路，输出端连接预充电模块、充电触发驱动、回收触发驱动的控制模块；

其中，所述的充电开关S2的输入端与充电电感L2的一端连接、输出端连接负载电容C1的正极，充电电感L2的另外一端连接直流供电模块的正极；所述回收开关S1的输入端与回收电感L1连接、输出端连接负载电容C1的正极；

一种电容充电装置的控制方法，包括以下步骤：

(a)根据负载电容C1充电电压要求，控制模块控制预充电模块给负载电容C1充电至设置电压U_S，然后停止充电；

(b)负载电容C1放电，放电完成后负载电容电压为U_R，正常情况下其值为负，如果U_R为正值就说明负载电容工作异常，也就无法达到控制方法的前提条件，需要送出故障状态并停止工作；

(c)控制模块通过负载电压采集、供电电压采集分别对负载电容电压U_R和直流供电模块输出电压U₀进行采集，如果U₀大小在合理范围内，即：，控制模块根据U_R、U₀和U_S自动计算得到时间延迟值T_D，，其中，L₁为回收电感(L1)的电感值，C₁为负载电容(C1)的电容值，如果U₀大小不在合理范围内，则送出故障状态并停止工作，结合附图3可以看到，步骤（b）中，负载电容C1放电，电压由U_S降至U_R，接下来的步骤（c）中，在回收开关S1导通后，负载电容C1上的反向电压开始回收，经过T_D长度时间后，充电开关S2导通，此时，

负载电容C1的电压为：

回收电感L1上的电流为：

由于回收电感L1远大于充电电感L2，所以充电时间相对于回收时间可以忽略，负载电容C1的电压在短时间内达到了：

充电完成时可以认为回收电感L1上的电流不变，回收电感L1上的电流储能会完全转移到负载电容C1上，负载电容C1上的最终电压为：

由上式可推导得到T_D公式；

(d)控制模块给回收触发驱动发送信号使回收开关S1导通，经过T_D长度的时间后，控制模块给充电触发驱动发出信号使充电开关S2导通，充电结束时负载电压达到设定值U_S，如果没有达到设定值U_S，则送出故障状态并停止工作；

(e)完成步骤(d)后，待下一个工作周期返回步骤(b)，循环往复直至工作结束，每个工作周期的时间由步骤(b)(c)(d)三个部分的时间相加得到，即：负载电容放电时间、控制模块采集与计算时间、充电回收时间，该工作周期决定了电容充电装置的最高重复频率。

2、为了防止充电回路、回收回路中出现反向电流，所述的充电开关S2、回收开关S1均为单向导通开关，可以为晶闸管或者串联二极管的IGBT、MOSFET。

3、因为本发明的控制方法依靠改变充电与回收之间的时间延迟来调节输出电压幅值，要简化控制方法的前提是回收时间要远大于充电时间，经试验证明，当回收时间大于充电时间的5倍时，充电过程对回收过程影响即可忽略，因此所述的回收电感L1的电感值要大于充电电感L2电感值的25倍以上，本发明输出电压的精度与回收时间的长短有关，充电与回收之间时间延迟的调节步长与回收时间相比越小，输出电压的精度越高。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)通过使用本发明，能够充分利用负载电容C1放电产生的反向电压，减小了直流供电模块的输出功率，提升了整体效率；

(2)通过使用本发明，在负载电容上可获得大于两倍直流供电模块电压的输出，输出电压范围为：；

(3)通过使用本发明，采用了实时控制方法，当直流供电模块的电压和负载电容C1的反向电压有较大变化时也能获得稳定的电压输出，当实时控制的时间步长远小于回收时间时，可以获得满意的电压精度；

(4)本发明结构简单、紧凑，创造了一种功能齐全的控制方法，适合大规模推广应用。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为单周期谐振充电方式的原理图；

图2为本发明中电容充电装置的电路框图；

图3为本发明中在一个工作周期内负载电容的电压变化图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明，本发明的实施方式包括但不仅限于下列实施例。

实施例

针对目前单周期谐振电容充电方式无法完全利用负载电容反向电压的问题，本发明公开了一种电容充电装置的控制方法，如图2所示，该充电装置包括：

与负载电容C1并联的、由充电开关S2及其触发驱动、充电电感L2和直流供电模块串联组成的充电电路；

与负载电容C1并联的、由回收开关S1及其触发驱动、回收电感L1串联组成的回收电路；

与负载电容C1并联的预充电模块；

输入端与负载电容C1连接的负载电压采集电路；

输入端与直流供电模块连接的供电电压采集电路；

输入端连接供电电压采集和负载电压采集电路、输出端连接预充电模块、充电触发驱动、回收触发驱动的控制模块；

其中，充电开关S2的输入端与充电电感L2连接、输出端连接负载电容C1的正极，充电电感L2的另外一端连接直流供电模块的输出端；回收开关S1的输入端与电感连接、输出端连接负载电容C1的正极；所述的预充电模块、直流供电模块、回收电感L1、负载电压采集、供电电压采集与负载电容C1共地；回收电感L1的电感值为充电电感L2的电感值的30倍。

本发明中，各模块的功能如下：

预充电模块：为负载电容C1提供初始电压；

直流供电模块：为负载电容C1充电；

充电触发驱动：为充电开关S2提供触发脉冲；

回收触发驱动：为回收开关S1提供触发脉冲；

供电电压采集：实时采集直流供电模块的输出电压并传递给控制模块；

负载电压采集：实时采集负载电容C1的电压并传递给控制模块；

控制模块：控制预充电模块完成负载电容C1的预充电，采集负载电压和供电电压，根据公式计算得到时间延迟值T_D，并按照时间延迟分别触发回收开关S1和充电开关S2，在出现异常时送出故障状态并控制系统停止工作。

在此，我们根据该电容充电装置的控制方法提供了一种其在具体实施过程中的具体应用方法：

步骤一，根据负载电容C1充电电压要求，控制模块控制预充电模块给负载电容C1充电至设置电压U_S，然后停止充电；

步骤二，负载电容C1放电，放电完成后负载电容电压为U_R，其值为负则可正常工作，如果其值非负，则送出故障状态并停止工作；

步骤三，控制模块通过供电电压采集对直流供电模块输出电压U₀进行采集，如果U₀满足以下工作条件：，控制模块根据U_R、U₀和U_S自动计算得到时间延迟值T_D，所述时间延迟值T_D计算公式如下：

其中，L₁为回收电感的电感值，C₁为负载电容的电容值，如果U₀不满足工作条件，则送出故障状态并停止工作；

步骤四，控制模块控制回收触发驱动使回收开关S1导通，经过T_D长度的时间后，控制模块控制充电触发驱动使充电开关S2导通，充电结束时负载电压达到设定值U_S，如果没有达到设定值，送出故障状态并停止工作；

步骤五，完成步骤四后，待下一个工作周期返回步骤二，直至工作结束，一个工作周期内负载电容C1上的电压变化如附图3所示。

按照上述实施例，便可很好地实现本发明。

Claims

1.一种电容充电装置的控制方法，所述的电容充电装置包括：

与负载电容（C1）并联的，由充电开关（S2）及其触发驱动、充电电感（L2）和直流供电模块串联组成的充电电路；

与负载电容（C1）并联的，由回收开关（S1）及其触发驱动、回收电感（L1）串联组成的回收电路；

与负载电容（C1）并联的预充电模块；

输入端与负载电容（C1）连接的负载电压采集电路；

输入端与直流供电模块连接的供电电压采集电路；

输入端连接供电电压采集和负载电压采集电路，输出端连接预充电模块、充电触发驱动、回收触发驱动的控制模块；

其中，所述充电开关（S2）的输入端与充电电感（L2）的一端连接、输出端连接负载电容（C1）的正极，充电电感（L2）的另外一端连接直流供电模块的输出端；所述回收开关（S1）的输入端与回收电感（L1）的一端连接、输出端连接负载电容（C1）的正极；

所述电容充电装置的控制方法，其特征在于包括以下步骤：

(a)根据负载电容（C1）充电电压要求，控制模块控制预充电模块给负载电容（C1）充电至设置电压U_S，然后停止充电；

(b)负载电容（C1）放电，放电完成后控制模块通过负载电压采集对负载电容（C1）电压U_R进行采集，其值为负则进行步骤(c)，如果其值为非负值，送出故障状态并停止工作；

(c)控制模块通过供电电压采集对直流供电模块输出电压U₀进行采集，若U₀满足工作条件：，控制模块根据U_R、U₀和U_S自动计算得到时间延迟值T_D：，其中，L₁为回收电感(L1)的电感值，C₁为负载电容(C1)的电容值，若U₀不满足工作条件，送出故障状态并停止工作；

(d)控制模块控制回收触发驱动使回收开关（S1）导通，经过T_D长度的时间后，控制模块控制充电触发驱动使充电开关（S2）导通，充电结束时负载电压达到设定值U_S，如果没有达到设定值U_S，则送出故障状态并停止工作；

(e)完成步骤(d)后，待下一个工作周期返回步骤(b)，直至工作结束。

2.根据权利要求1所述的一种电容充电装置的控制方法，其特征在于，所述的充电开关（S2）、回收开关（S1）均为可控单向导通开关，可以为晶闸管或者串联二极管的IGBT、MOSFET。

3.根据权利要求1所述的一种电容充电装置的控制方法，其特征在于，所述的回收电感（L1）的电感值大于充电电感（L2）电感值的25倍以上。