CN110718943A - 一种电容充电装置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容充电装置及其控制方法，该装置包括：三相整流电路模块、升降压斩波电路模块、输出转换电路模块。所述输出转换电路模块配置成：在两个电容组充电时，输出转换电路模块使得两个电容组形成并联连接，并将升降压斩波电路模块输出的充电电压同时提供给两个电容组，以使两个电容组同时充电；在两个电容组放电时，输出转换电路模块不再将升降压斩波电路模块输出的充电电压提供给两个电容组，并使得两个电容组形成串联连接，以利用两个电容组上的电压之和为负载供电。本发明、降低了充电装置的功率器件开关的损耗，缩小了输入输出电压的转换比从而提高了电源转换效率、降低了充电装置中升降压斩波电路模块的功率器件开关管的电压等级。

Description

一种电容充电装置及其控制方法

技术领域

本发明属于电容充放电技术领域，尤其涉及一种电容充电装置及其控制方法。

背景技术

轨道工程机车主要用于铁路维护，一般采用内燃+电力牵引的双动力系统。一方面，轨道工程机车需要具备很高的机动灵活作业性能；另一方面，当轨道工程机车处于山洞、隧道等无电区进行检修作业，因内燃柴油机工作会排出大量烟雾而无法长时间工作时，电力牵引动力系统需要为机车提供一定时间的清洁、环保的动力。

随着超级电容器技术的飞速发展和日渐成熟，超级电容器越来越广泛地应用于国内外工程机车上，超级电容器一般设置在机车的牵引变流器中间直流环节。一方面，超级电容器可以回收机车制动时的回馈能量；另一方面，超级电容器还可以在库内或电网供电时进行充电。在超级电容器充满电后，当机车处于无电区或不起动内燃柴油机时，可为工程机车牵引和辅助供电系统提供电能。这有利于工程机车的机动灵活作业，提高了机车的环保和节能两大性能指标。

超级电容器的充电离不开充电装置，目前的超级电容充电装置主要采用先升压后降压的斩波方式对电容器中串联的电容组进行充电。此种方式中的升/降压斩波电路相互独立，方便控制；但是在升压斩波电路和降压斩波电路中分别存在一个电抗器，即安装了两个电抗器，这无疑增加了充电装置的成本。另外，升/降压斩波电路同时工作，这也增加了功率器件开关管的开关损耗，降低了电源转换效率。

由于轨道工程机车的中间直流环节电压比较高，通常额定电压的等级为直流1800V。因此在现有的充电装置中，升/降压斩波电路中的功率器件开关管需要采用电压等级更高的功率器件开关管(例如3300V)进行电压的处理。电压等级越高的功率器件开关管的开关频率越低，损耗越大，进而导致充电装置开关频率低，电抗器体积变大、重量变重，而且充电装置工作时电磁噪音大。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种能够对为机车供电的超级电容充电的电容充电装置及其控制方法，以解决现有技术中电容充电装置升降压斩波电路中分别设置有电抗器导致成本高、功率器件开关管损耗大、电源转换效率低的问题，以及升/降压斩波电路中采用电压等级较高的功率器件开关管从而导致充电装置的开关频率低、损耗大、电抗器体积大、系统工作时电磁噪声大的问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一种电容充电装置，包括：

三相整流电路模块，其用于将三相交流电压转换成直流电压；

升降压斩波电路模块，其输入端电连接所述三相整流电路的输出端，用于将所述三相整流电路输出的直流电压通过升压或降压的处理转换成电容充电所需的充电电压；

输出转换电路模块，其输入端电连接所述升降压斩波电路模块的输出端，其输出端电连接两个电容组；

其中所述输出转换电路模块配置成：

在所述两个电容组充电时，所述输出转换电路模块使得所述两个电容组形成并联连接，并将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压同时提供给所述两个电容组，以使所述两个电容组同时充电；

在所述两个电容组放电时，所述输出转换电路模块不再将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压提供给所述两个电容组，并使得所述两个电容组形成串联连接，以利用所述两个电容组上的电压之和为负载供电。

优选地，所述三相整流电路模块为三相不控制整流桥。

优选地，所述升降压斩波电路模块包括Buck降压斩波单元和Boost升压斩波单元，其中所述Buck降压斩波单元与所述Boost升压斩波单元共用一个电抗器。

优选地，所述升降压斩波电路模块包括第一功率器件开关管、第二功率器件开关管、电抗器、第一二极管、第二二极管和第二电容；

其中，所述第一功率器件开关管的负极电连接所述三相整流电路模块的输出端的一端，所述第一功率器件开关管的正极电连接所述电抗器的一端以及所述第一二极管的负级，所述电抗器的另一端电连接所述第二功率器件开关管的负极以及所述第二二极管的正极，所述第二二极管的负极电连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端、所述第二功率器件开关管的负级以及所述第一二极管的正极均电连接所述三相整流电路模块的输出端的另一端，其中所述第二电容的两端为所述升降压斩波电路的输出端，其中所述第一功率器件开关管和所述第一功率器件开关管不同时输出PWM波电压。

优选地，所述输出转换电路模块包括：

第一输出单元和第二输出单元，所述第一输出单元的输入端和第二输出单元的输入端分别电连接所述升降压斩波电路的输出端，所述第一输出单元的输出端和第二输出单元的输出端分别电连接所述两个电容组中的第一电容组和第二电容组，用于将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压同时提供给所述第一电容组和所述第二电容组；以及

连接转换单元，所述连接转换单元电连接在所述第一输出单元的输出端与所述第二输出单元的输出端之间，用于在所述第一电容组和所述第二电容组充电时，使得所述第一电容组与所述第二电容组形成并联连接，以及在所述第一电容组和所述第二电容组放电时，使得所述第一电容组与所述第二电容组形成串联连接。

优选地，所述第一输出单元包括第三接触器，所述第三接触器设置成，当所述第三接触器闭合时，所述第一输出单元能够将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压提供给所述第一电容组；

所述第二输出单元包括第四接触器，所述第四接触器设置成，当所述第四接触器闭合时，所述第二输出单元能够将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压提供给所述第二电容组；

所述连接转换单元包括第五接触器，所述第五接触器设置成，在所述第一电容组和所述第二电容组充电时断开，在所述第一电容组和所述第二电容组放电时闭合。

优选地，所述第一/第二输出单元还包括防反二极管和用于实现均流控制的电流传感器。

一种电容充电装置的控制方法，其包括以下步骤：

S10，将输入的三相交流电压转换成直流电压；

S20，将所述直流电压通过升压或降压的处理转换成电容充电所需的充电电压；

S30，在所述两个电容组充电时，使所述两个电容组中的第一电容组与第二电容组形成并联连接，并将所述充电电压同时提供给所述第一电容组和所述第二电容组；

S40，在所述两个电容组放电时，不再将所述充电电压提供给所述第一电容组和所述第二电容组，同时使所述第一电容组与所述第二电容组形成串联连接，以利用所述第一电容组和所述第二电容组上的电压之和为负载供电。

优选地，在所述两个电容组充电时，使所述输出转换电路模块的第一输出单元的第三接触器和第二输出单元的第四接触器闭合，同时使连接转换单元的第五接触器断开，以使所述第一电容组与所述第二电容组形成并联连接，同时充电；

在所述两个电容组放电时，使所述输出转换电路模块的第一输出单元的第三接触器和第二输出单元的第四接触器断开，同时使连接转换单元的第五接触器闭合，以使所述第一电容组与第二电容组形成串联连接，以为负载供电。

优选地，在所述步骤S20中，当充电电压低于直流电压时，所述升降压斩波电路模块的Buck降压斩波单元的第一功率器件开关管输出PWM波电压，Boost升压斩波单元的第二功率器件开关管关断；当充电电压高于直流电压时，升降压斩波电路模块的Boost升压斩波单元的第二功率器件开关管输出PWM波电压，Buck降压斩波单元的第一功率器件开关管导通。

与现有技术相比，本发明具有如下优点或有益效果：

1)在本发明的电容充电装置中所设置的升降压斩波电路模块包括共用一个电抗器的Buck降压斩波单元与Boost升压斩波单元，Buck降压斩波单元与Boost升压斩波单元不同时工作，因此两者所包括的功率器件开关管不会同时工作输出PWM波电压。相比于现有技术，该发明省去了一个电抗器，降低了充电装置的功率器件开关的损耗，降低了成本，缩小了输入输出电压的转换比，从而提高了电源转换效率。

2)在本发明的电容充电装置中所设置的输出转换电路模块在电容充电时将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压同时提供给第一电容组和第二电容组，在电容放电时，通过内部的连接转换单元将充电时并联连接的第一电容组和第二电容组变成串联连接，以利用所述第一电容组和第二电容组上的电压之和为机车负载供电。

上述输出转换电路模块将两组电容组充电时从串联转变为并联，从而使得电容组的充电电压降低了一半，进而降低了充电装置中升降压斩波电路模块的功率器件开关管的电压等级。电压等级低的功率器件开关管的开关频率高，降低了电抗器的体积与重量，同时降低了充电装置工作时的电磁噪声。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例共同用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。

图1为现有技术中用于为轨道机车的电容进行充电的电容充电装置的电路组成示意图；

图2为本发明实施例的电容充电装置的电路组成示意图；

图3为图2所示的电容充电装置的控制方法的工作流程图。

具体实施方式

以下将结合附图及实施例来详细说明本发明的实施方式，借此对本发明如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本发明中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本发明的保护范围之内。

同时，在以下说明中，出于解释的目的而阐述了许多具体细节，以提供对本发明实施例的彻底理解。然而，对本领域的技术人员来说显而易见的是，本发明可以不用这里的具体细节或者所描述的特定方式来实施。

结合附图对本发明电容充电装置及其控制方法进行进一步说明。

如图1所示，为现有技术中的电容充电装置的电路组成示意图。

在现有技术中，电容充电装置主要采用先升压后降压的斩波方式对电容器中串联的电容组进行充电，其主要包括三相整流电路、升压斩波电路、降压斩波电路以及输出电路等模块。三相整流电路将输入的三相交流电压转换为直流电压。升压斩波电路将整流后的直流电压升高到电容的额定电压，为后级做准备。降压斩波电路将升压斩波电路升高的直流电压按照电容充电曲线，先将升压后的直流电压降压然后再升压，为电容充电，其中降压斩波电路的输出给电容的电压可调，调节范围为0V至电容的额定电压。

上述现有技术中的电容充电装置包括相互独立的升压斩波电路和降压斩波电路，其中升压斩波电路先将整流后的直流电压进行升压变换到电容的额定电压，然后降压斩波电路在将升压处理后的直流电压进行降压斩波处理为电容充电。虽然这种电容充电装置的电路的升/降压斩波电路相互独立，方便控制，但是如前所述，在升压斩波电路和降压斩波电路中分别存在一个电抗器，安装两个电抗器增加了充电装置的成本。另外，升/降压斩波电路同时工作，这样也增加了功率器件开关管的开关损耗，降低了电源转换效率。

此外，由于轨道工程机车的中间直流环节电压一般比较高，通常额定电压的等级为直流1800V。因而在现有的电容充电装置中，升/降压斩波电路中的功率器件开关管需要采用电压等级比1800V更高的功率器件开关管来进行电压的处理，电压等级越高的功率器件开关管的开关频率越低，损耗越大，进而导致电容充电装置开关频率低，电抗器体积变大、重量变重，而且电容充电装置工作时电磁噪音大。

图2为本发明实施例的电容充电装置的电路结构示意图。

由图2可知，该电容充电装置主要包括依次连接的输入电路模块1、三相整流电路模块2、升降压斩波电路模块3和输出电路模块4。其中：

所述输入电路模块1用于输入380V三相交流电，其包括断路器QF1、并联的第一输入电路单元101和第二输入电路单元102，所述第一输入电路单元101和第二输入电路单元102的输入端分别通过断路器QF1与380V三相交流电连接，输出端与所述三相整流电路模块2连接。所述第一输入电路单元101包括两端分别与断路器QF1和三相整流电路模块2连接的第一接触器KM1。所述第二输入电路单元102包括第二接触器KM2和与所述第二接触器KM2一端连接的电阻R11、电阻R21和电阻R31。所述第二接触器KM2的另一端与断路器QF1连接，三个电阻R11、R21和R31设置在第二接触器KM2靠近三相整流电路模块2的一端。

当本发明的电容充电装置连接380V三相交流电以为电容充电时，先将所述第二输入电路单元102接通，将第二接触器KM2闭合，由于第二输入电路单元102中设置有电阻R11、电阻R21和电阻R31，三个电阻用于限流，因此能够防止电流对后续电路形成冲击，起到保护电路的作用。然后再将第一输入电路单元101接通，将第一接触器KM1闭合，将第二输入电路单元102断开。

所述三相整流电路模块2的输入端与所述输入电路模块1的输出端连接。在本实施例中，所述三相整流电路模块2优选为三相不控制整流桥，用于将输入电路模块1输入的三相交流电压转换成电压大约为540V的直流电压，并输出所述直流电压给所述升降压斩波电路模块3。其中，第一电容C1两端即为三相整流电路模块2的输出端，第一电容C1两端的电压即为三相整流电路模块2输出给升降压斩波电路模块3的电压，大约为540V。由于三相整流电路模块2的工作原理均为本领域技术人员公知常识，因此在此不再赘述。

此外，优选地，第一电容C1的两端还可以设置有电压传感器(图中未示)，用于测量第一电容C1两端的电压，检测第一电容C1两端是否有电压以及电压值。

所述升降压斩波电路模块3与所述三相整流电路模块2的输出端连接，用于将所述三相整流电路模块2输出的直流电压通过升压或降压的处理转换成电容充电所需的充电电压，并输出所述充电电压给所述输出电路模块4。

在本实施例中，所述升降压斩波电路模块3主要包括Buck降压斩波单元和Boost升压斩波单元。具体地，所述升降压斩波电路模块3包括第一功率器件开关管VT1、第二功率器件开关管VT2、电抗器L1、第一二极管D1、第二二极管D2和第二电容C2。其中，所述第一功率器件开关管VT1和第二功率器件开关管VT2均为电压等级低的IGBT器件。

其中，所述第一功率器件开关管VT1的负极电连接所述三相整流电路模块2的输出端的一端，所述第一功率器件开关管VT1的正极电连接所述电抗器L1的一端以及所述第一二极管D1的负极。所述电抗器L1的另一端电连接所述第二功率器件开关管VT2的负极以及所述第二二极管D2的正极，所述第二二极管D2的负极电连接所述第二电容C2的一端。所述第二电容C2的另一端、所述第二功率器件开关管VT2的负极以及所述第一二极管D1的正极均电连接所述三相整流电路模块2的输出端的另一端，其中所述第二电容C2的两端为所述升降压斩波电路模块3的输出端。

所述Buck降压斩波单元包括第一功率器件开关管VT1、第一二极管D1、电抗器L1和第二电容C2。所述Boost升压斩波单元包括第二功率器件开关管VT2第二二极管D2、电抗器L1、和第二电容C2。由此可知，所述Buck降压斩波单元和Boost升压斩波单元共用一个电抗器L1和第二电容C2。

当充电电压低于三相整流电路模块2输出的直流电压时，Buck降压斩波单元对直流电压进行降压处理进而为电容充电。其中，Buck降压斩波单元的第一功率器件开关管VT1输出PWM波电压；而此时Boost升压斩波单元的第二功率器件开关管VT2关断，即不对直流电压进行升压处理。具体地，所述Buck降压斩波单元先将所述三相整流电路模块2输出的直流电压降至0V，然后从0V升压至所述三相整流电路模块2输出的直流电压值，同时输出所述Buck降压斩波单元处理后的电压至输出电路模块。这一过程，即为对第二电容C2充电的过程，同时也是对电容组的充电过程。所述升降压斩波电路模块3输出的电压为第二电容C2两端的电压。

当充电电压高于三相整流电路模块2输出的直流电压时，Boost升压斩波单元对三相整流电路模块2输出的直流电压进行升压处理进而为电容充电。其中，Boost升压斩波单元的第二功率器件开关管VT2输出PWM波电压；而此时Buck降压斩波单元的第一功率器件开关管VT1导通，但不输出PWM波电压。具体地，所述Boost升压斩波单元将三相整流电路模块2输出的约为540V的直流电压升至电容组额定电压输出给所述输出电路模块4，在本实施例中每个电容组额定电压均为900V。

在此，Buck降压斩波单元和Boost升压斩波单元共用一个电抗器L1，Buck降压斩波单元与Boost升压斩波单元所包括的功率器件开关管也不会同时工作输出PWM波电压。因此相比于现有技术，本发明省去了一个电抗器，降低了充电装置的功率器件开关的损耗，降低了成本，缩小了输入输出电压的转换比从而提高了电源转换效率。

所述输出转换电路模块4包括第一输出单元401和第二输出单元402以及连接转换单元403。其中：所述第一输出单元401的输入端和第二输出单元402的输入端分别电连接所述升降压斩波电路模块3的输出端，所述第一输出单元401的输出端和第二输出单元402的输出端分别电连接进行充放电的第一电容组501和第二电容组502，所述连接转换单元403电连接在所述第一输出单元401的输出端与第二输出单元402的输出端之间。

在本实施例中，所述第一输出单元401包括第三接触器KM3、防反二极管D3和用于实现均流控制的电流传感器SC1。所述防反二极管D3的正极与所述升降压斩波电路模块3的输出端的一端连接，负极输出导线穿过所述电流传感器SC1后，再通过所述第三接触器KM3与第一电容组501的一端连接，第一电容组501的另一端通过所述第三接触器KM3与所述升降压斩波电路模块3的输出端的另一端连接。

所述第二输出单元402包括第四接触器KM4、防反二极管D4和用于实现均流控制的电流传感器SC2，其连接关系与所述第一输出单元401的连接关系一致，在此不再赘述。

所述连接转换单元403包括第五接触器KM5，所述第五接触器KM5设置成，在所述第一电容组501和所述第二电容组502充电时断开，在所述第一电容组501和所述第二电容组502放电时闭合。本实施例中为负载供电的两个电容组5包括第一电容组501和所述第二电容组502。

上述各接触器均能够反馈当前自身状态信号至控制系统等，便于控制。

所述输出电路模块4具体地工作过程如下：

当需要为第一电容组501和第二电容组502充电时，将所述第三接触器KM3、第四接触器KM4闭合，将第五接触器KM5断开。如此，所述第一输出单元401能够将所述升降压斩波电路模块3输出的充电电压提供给第一电容组501，所述第二输出单元402能够将所述升降压斩波电路模块3输出的充电电压提供给所述第二电容组502。所述两个电容组为并联连接且同时充电。

当所述第一电容组501和第二电容组502放电以为负载供电时，将第三接触器KM3、第四接触器KM4断开，将第五接触器KM5闭合，两个电容组为串联连接。在本实施例中，两个电容组串联后的电压最高可达1800V，可以为为工程机车牵引和辅助系统供电。

两个输出单元中的防反二极管D3、D4和电流传感器SC1、SC2可以用于解决两个电容组因电压不等而导致并联连接时的环流问题和充电电流不均的问题。当接触器KM5断开后，原本串联连接的两个电容组变为独立的两个电容组。当KM3和KM4闭合时，两个电容组为并联连接，若此时其中一个电容组电压高，而另一个电容组电压低，则二者直接并联易产生环流，可能损坏电容组。而防反二极管D3、D4有效地防止环流产生。在此种条件下，因两个电容组内部电压不相同，输出电路模块输出的电压为同一电压，内部电压高的电容组充电电流较小，而内部电压较低的电容组充电电流较大，控制单元(图中未示)以两者较大的电流为输出限流进行控制，内部电压低的电容组因充电电流较大，充电较快，最终可实现两组超级电容器电压平衡和均流充电功能。

第一电容组501和第二电容组502串联时的充电电压为1800V(机车中间直流环节额定电压一般1800V，所以供电电容供电时的额定电压一般为也1800V)，该输出转换电路模块403将两组电容组充电时从串联转变为并联，从而使得电容组的充电电压降低了一半。从而降低了充电装置中升降压斩波电路模块3的功率器件开关管的电压等级，两个电容组串联充电时升降压斩波电路模块3中的功率器件开关管的电压等级高于机车中间直流环节额定电压一般1800V，一般为3300V电压等级的功率器件开关管。而该输出转换电路模块403将两组电容组充电时从串联转变为并联进行充电时，升降压斩波电路模块3中的功率器件开关管可以采用比单个电容组额定电压900V高的电压等级即可，即1700V电压等级的功率器件开关管即可。电压等级低的功率器件开关管的开关频率高，开关损耗更小，成本更低，同时也降低了电抗器的体积与重量，降低了充电装置工作时的电磁噪声。

如图3所示，为图2所示的电容充电装置的控制方法的工作流程示意图。一种电容充电装置的控制方法，其包括以下步骤：

S10，三相整流电路模块2将输入的三相交流电压转换成直流电压输出至升降压斩波电路模块3。

S20，升降压斩波电路模块3将所述直流电压通过升压或降压的处理转换成电容充电所需的充电电压。具体地，当充电电压低于直流电压时，升降压斩波电路模块3的Buck降压斩波单元的第一功率器件开关管VT1输出PWM波电压，Boost升压斩波单元的第二功率器件开关管VT2关断。当充电电压高于直流电压时，升降压斩波电路模块3的Boost升压斩波单元的第二功率器件开关管VT2输出PWM波电压，Buck降压斩波单元的第一功率器件开关管VT1导通。

S30，在第一电容组501和第二电容组502充电时，通过第一输出单元401的第三接触器KM3和第二输出单元402的第四接触器KM4以及连接转换单元403的第五接触器KM5的配合使所述第一电容组501与第二电容组502形成并联连接，并通过第一输出单元401和第二输出单元402将所述充电电压分别同时提供给所述第一电容组501和第二电容组502。

步骤S30具体为：在第一电容组501和第二电容组502充电时，使所述第一输出单元401的第三接触器KM3和第二输出单元402的第四接触器KM4闭合，同时使所述连接转换单元403的第五接触器KM5断开，以使所述第一电容组501与第二电容组502形成并联连接。

S40，在第一电容组501和第二电容组502放电时，使第一输出单元401和第二输出单元402不再将所述充电电压提供给所述第一电容组501和第二电容组502，同时通过连接转换单元403使所述第一电容组501与第二电容组502形成串联连接，以利用所述第一电容组501和第二电容组502上的电压之和为负载供电。

步骤S40具体为：在第一电容组501和第二电容组502放电时，使所述第一输出单元401的第三接触器KM3和第二输出单元402的第四接触器KM4断开，同时使所述连接转换单元403的第五接触器KM5闭合，以使所述第一电容组501与第二电容组502由并联连接变成串联连接。

以下是本发明在机车领域的具体应用实例。

本发明的电容充电装置从库内三相交流380V电源或内燃机车辅助发电机输出电源取电，经过输入电路、三相整流器将三相稳定交流电变换输出约为DC540V直流电，再经过降压或升压变换，输出DC0V～DC900V电压。

当超级电容电压低于DC540V时，控制系统给出一定脉宽和频率的PMW信号，功率器件开关管VT1工作，VT2处于关断状态，VT1输出PWM波电压，VT1、D1和L1组成Buck降压斩波电路，输出电压范围为DC0～DC540V。

当超级电容电压高于DC540V时，功率器件开关管VT1一直导通，开关管VT2输出PMW波电压，L1、VT2和D2组成Boost升压斩波电路，输出电压范围为DC540～DC900V。

超级电容器充电时，KM3、KM4闭合，KM5断开，充电装置通过二极管D3、D4分别为并联连接的两组超级电容器充电，超级电容器并联连接后，两端电压较正常工作时串联连接的电压下降一半，原本方案中功率器件需采用3300V等级IGBT，改为并联连接充电后，功率器件可采用1700V等级IGBT，1700V等级的IGBT与3300V等级的IGBT相比，其应用开关频率更高、开关损耗更小及成本更低。功率器件斩波开关频率的提高，有助于减小电抗器L1的电感值，有效地降低了系统电磁噪声。

应当说明的是，虽然本发明所公开的实施方式如上，但所述的内容只是为了便于理解本发明而采用的实施方式，并非用以限定本发明。任何本发明所属技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所公开的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种电容充电装置，其特征在于，包括：

三相整流电路模块，其用于将三相交流电压转换成直流电压；

升降压斩波电路模块，其输入端电连接所述三相整流电路的输出端，用于将所述三相整流电路输出的直流电压通过升压或降压的处理转换成电容充电所需的充电电压；

输出转换电路模块，其输入端电连接所述升降压斩波电路模块的输出端，其输出端电连接两个电容组；

其中所述输出转换电路模块配置成：

在所述两个电容组充电时，所述输出转换电路模块使得所述两个电容组形成并联连接，并将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压同时提供给所述两个电容组，以使所述两个电容组同时充电；

在所述两个电容组放电时，所述输出转换电路模块不再将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压提供给所述两个电容组，并使得所述两个电容组形成串联连接，以利用所述两个电容组上的电压之和为负载供电。

2.如权利要求1所述的电容充电装置，其特征在于，所述三相整流电路模块为三相不控制整流桥。

3.如权利要求1所述的电容充电装置，其特征在于，所述升降压斩波电路模块包括Buck降压斩波单元和Boost升压斩波单元，其中所述Buck降压斩波单元与所述Boost升压斩波单元共用一个电抗器。

4.如权利要求1所述的电容充电装置，其特征在于，所述升降压斩波电路模块包括第一功率器件开关管、第二功率器件开关管、电抗器、第一二极管、第二二极管和第二电容；

其中，所述第一功率器件开关管的负极电连接所述三相整流电路模块的输出端的一端，所述第一功率器件开关管的正极电连接所述电抗器的一端以及所述第一二极管的负级，所述电抗器的另一端电连接所述第二功率器件开关管的负极以及所述第二二极管的正极，所述第二二极管的负极电连接所述第二电容的一端，所述第二电容的另一端、所述第二功率器件开关管的负级以及所述第一二极管的正极均电连接所述三相整流电路模块的输出端的另一端，其中所述第二电容的两端为所述升降压斩波电路的输出端，其中所述第一功率器件开关管和所述第一功率器件开关管不同时输出PWM波电压。

5.如权利要求1所述的电容充电装置，其特征在于，所述输出转换电路模块包括：

第一输出单元和第二输出单元，所述第一输出单元的输入端和第二输出单元的输入端分别电连接所述升降压斩波电路的输出端，所述第一输出单元的输出端和第二输出单元的输出端分别电连接所述两个电容组中的第一电容组和第二电容组，用于将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压同时提供给所述第一电容组和所述第二电容组；以及

连接转换单元，所述连接转换单元电连接在所述第一输出单元的输出端与所述第二输出单元的输出端之间，用于在所述第一电容组和所述第二电容组充电时，使得所述第一电容组与所述第二电容组形成并联连接，以及在所述第一电容组和所述第二电容组放电时，使得所述第一电容组与所述第二电容组形成串联连接。

6.如权利要求5所述的电容充电装置，其特征在于：

所述第一输出单元包括第三接触器，所述第三接触器设置成，当所述第三接触器闭合时，所述第一输出单元能够将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压提供给所述第一电容组；

所述第二输出单元包括第四接触器，所述第四接触器设置成，当所述第四接触器闭合时，所述第二输出单元能够将所述升降压斩波电路模块输出的充电电压提供给所述第二电容组；

所述连接转换单元包括第五接触器，所述第五接触器设置成，在所述第一电容组和所述第二电容组充电时断开，在所述第一电容组和所述第二电容组放电时闭合。

7.如权利要求6所述的电容充电装置，其特征在于，

所述第一/第二输出单元还包括防反二极管和用于实现均流控制的电流传感器。

8.一种如权利要求1至7中任意一项所述的电容充电装置的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

S10，将输入的三相交流电压转换成直流电压；

S20，将所述直流电压通过升压或降压的处理转换成电容充电所需的充电电压；

S30，在所述两个电容组充电时，使所述两个电容组中的第一电容组与第二电容组形成并联连接，并将所述充电电压同时提供给所述第一电容组和所述第二电容组；

S40，在所述两个电容组放电时，不再将所述充电电压提供给所述第一电容组和所述第二电容组，同时使所述第一电容组与所述第二电容组形成串联连接，以利用所述第一电容组和所述第二电容组上的电压之和为负载供电。

9.如权利要求8所述的电容充电装置的控制方法，其特征在于：

在所述两个电容组充电时，使所述输出转换电路模块的第一输出单元的第三接触器和第二输出单元的第四接触器闭合，同时使连接转换单元的第五接触器断开，以使所述第一电容组与所述第二电容组形成并联连接，同时充电；

在所述两个电容组放电时，使所述输出转换电路模块的第一输出单元的第三接触器和第二输出单元的第四接触器断开，同时使连接转换单元的第五接触器闭合，以使所述第一电容组与第二电容组形成串联连接，以为负载供电。

10.如权利要求8所述的电容充电装置的控制方法，其特征在于，

在所述步骤S20中，当充电电压低于直流电压时，所述升降压斩波电路模块的Buck降压斩波单元的第一功率器件开关管输出PWM波电压，Boost升压斩波单元的第二功率器件开关管关断；当充电电压高于直流电压时，升降压斩波电路模块的Boost升压斩波单元的第二功率器件开关管输出PWM波电压，Buck降压斩波单元的第一功率器件开关管导通。

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