CN111224565A - 一种多路串联充电桩的输出均压方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种多路串联充电桩的输出均压方法及系统，包括：分别采集每一路三相交错LLC的输出电压以及输出电流信号；将输出电流与设定的电流参考值做差后，进行PI运算；两路三相交错LLC的输出电压做差后，进行PI运算；上述两个PI运算的结果做差，作为PWM输出信号的调制波，生成PWM输出信号；所述PWM输出信号驱动三相交错LLC的开关管，调整相应三相交错LLC的输出电压，实现两路三相交错LLC的输出电压均衡。本发明有益效果：本发明能够保证在恒流模式下，三相交错LLC的输出电压能够保持一致，从而使母线C1和C2两端的电压保持均衡，均压效果好。
Description
技术领域
本发明涉及充电桩技术领域，特别是涉及一种多路串联充电桩的输出均压方法及系统。
背景技术
随着新能源充电模块行业的发展趋势，电压等级越来越高，为了选择低耐压等级的功率器件而将输出端分为两个模块串联优势越来越明显，但模块串联可能会出现不均压的状况，导致部分器件上的电压过高而损坏。
目前普遍采取的均压方式是在前级维也纳整流电路的控制环路里面进行处理，在有轻微的不均压情况出现后可以自动调节过来。靠前级维也纳电路的本身的电压均衡方式可以满足后级为单模块的情况，在轻微不均衡的情况下可以调节过来，但后级为双路串联时，由于串联电流相同，若双路的输出电压不同，则会从母线上抽取的能量不同，这种情况下单靠前级维也纳电路无法将母线电压调节均衡，很难只通过前级自身的调节就将母线电压均衡，必须想办法使得后级的双路在任何情况下的输出电压都保持一致，因此需要增加后级模块在恒流模式下的均压功能，从而保证前级的母线均衡。
发明内容
本发明的目的就是为了解决上述问题，提出一种多路串联充电桩的输出均压方法及系统，该方法使得在恒流模式下，开关电源后级双路或者多路的输出电压能够保持一致，从而保证了维也纳电路母线的电压均衡。
在一个或多个实施方式中公开的一种双路串联的三相交错LLC的输出均压方法，包括：
分别采集每一路三相交错LLC的输出电压以及输出电流信号；
将输出电流与设定的电流参考值做差后，进行PI运算；
两路三相交错LLC的输出电压做差后，进行PI运算；
上述两个PI运算的结果做差，作为PWM输出信号的调制波，生成PWM输出信号；
所述PWM输出信号驱动三相交错LLC的开关管，调整相应三相交错LLC的输出电压，实现两路三相交错LLC的输出电压均衡。
在一个或多个实施方式中公开的一种充电桩的输出均压方法，所述充电桩的开关电源包括双路串联的三相交错LLC，采用上述的双路串联的三相交错LLC的输出均压方法。
在一个或多个实施方式中公开的一种多路串联的三相交错LLC的输出均压方法，采用三路或者三路以上三相交错LLC串联的形式，包括：
分别采集每一路三相交错LLC的输出电压以及输出电流信号；
将输出电流与设定的电流参考值做差后，进行PI运算；
求取所有输出电压信号的平均值；
其中一路三相交错LLC的输出电压与上述平均值做差后，进行PI运算；
上述两个PI运算的结果做差，作为PWM输出信号的调制波，生成PWM输出信号；
所述PWM输出信号驱动该路三相交错LLC的开关管，调整该路三相交错LLC的输出电压；
对每一路三相交错LLC均采用上述方法生成PWM输出信号，以调整其输出电压，最终实现多路串联的三相交错LLC的输出电压均衡。
在一个或多个实施方式中公开的一种充电桩的输出均压方法，所述充电桩的开关电源包括三路或者三路以上串联连接的三相交错LLC，采用上述的多路串联的三相交错LLC的输出均压方法。
在一个或多个实施方式中公开的一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
分别采集每一路三相交错LLC的输出电压以及输出电流信号；
将输出电流与设定的电流参考值做差后，进行PI运算；
两路三相交错LLC的输出电压做差后，进行PI运算；
上述两个PI运算的结果做差，作为PWM输出信号的调制波，生成PWM输出信号；
所述PWM输出信号驱动三相交错LLC的开关管，调整相应三相交错LLC的输出电压，实现两路三相交错LLC的输出电压均衡。
在一个或多个实施方式中公开的一种充电桩，包括上述的终端设备。
在一个或多个实施方式中公开的一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
分别采集每一路三相交错LLC的输出电压以及输出电流信号；
将输出电流与设定的电流参考值做差后，进行PI运算；
求取所有输出电压信号的平均值；
其中一路三相交错LLC的输出电压与上述平均值做差后，进行PI运算；
上述两个PI运算的结果做差，作为PWM输出信号的调制波，生成PWM输出信号；
所述PWM输出信号驱动该路三相交错LLC的开关管，调整该路三相交错LLC的输出电压；
对每一路三相交错LLC均采用上述方法生成PWM输出信号，以调整其输出电压，最终实现多路串联的三相交错LLC的输出电压均衡。
在一个或多个实施方式中公开的一种充电桩，包括上述的终端设备。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明能够保证在恒流模式下，三相交错LLC的输出电压能够保持一致，从而使母线C1和C2两端的电压保持均衡，均压效果好。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。
图1是能够实现均压调节的采用双路串联三相交错LLC的开关电源原理框图；
图2是前级维也纳整流电路图；
图3是双路串联三相交错LLC电路图；
图4是双路串联三相交错LLC恒流模式的电压控制图；
图5是多路串联三相交错LLC恒流模式的电压控制图；
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
为了解决背景技术中指出的问题，在一个或多个实施方式中，公开了一种双路串联的三相交错LLC的输出均压方法，能够实现在恒流模式下，后级双路串联的三相交错LLC的输出电压保持一致，从而保证了维也纳电路母线的电压均衡。
采用后级双路串联的三相交错LLC的开关电源结构，如图1所示，包括：前级维也纳整流电路以及上下两个三相交错LLC，三相交流输入经过维也纳整流电路后，变成800V左右的电压源，再分成两个400V分别作为上下两个LLC模块的输入源，LLC模块的输出串联后作为整个系统的总输出。
前级维也纳整流电路的结构参照图2，包括输入电感La、Lb、Lc；整流作用的二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6；整流作用的MOS管Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6；用于输出滤波稳压的母线电容C1、C2。输入电感La、Lb、Lc前端接三相电输入，后端连接串联的整流二极管和MOS管，La连接D1的阳极、D4的阴极Q1的D极，Lb连接D2的阳极、D5的阴极和Q3的D极，Lc连接D3的阳极、D6的阴极和Q5的D极。Q1的G极连接Q2的G极和控制端DRIVE1，Q3的G极连接Q4的G极和控制端DRIVE2，Q5的G极连接Q6的G极和控制端DRIVE3。Q1的S极连接Q2的S极,Q3的S极连接Q4的S极,Q5的S极连接Q6的S极。输出电容C1的负极和电容C2的正极、Q2、Q4、Q6的D极连接即输出电压参考零点，输出电容C1的正极与整流二极管D1、D3、D5的阴极接在一起作为输出电压+V，输出电容C2的负极与整流二极管的D2、D4、D6的阳极连接作为输出电压-V。输出端V+、0、V-连接后级开关电源主回路的输入。
上下两个三相交错LLC的电路结构参照图3，以其中一个三相交错LLC的连接方式为例进行说明，包括：V+连接开关管Q4、Q5、Q6的D极，0连接开关管Q7、Q8、Q9的S极。开关管Q4、Q5、Q6、Q7、Q8、Q9的G极分别与控制端DRIVE4、DRIVE5、DRIVE6、DRIVE7、DRIVE8、DRIVE9连接。开关管Q4的S极与开关管Q7的D极和电容C3的左端连接，开关管Q5的S极与开关管Q8的D极和电容C4的左端连接，开关管Q6的S极与开关管Q9的D极和电容C5的左端连接。电容C3的右端与电感L3的左端连接，电容C4的右端与电感L4的左端连接，电容C5的右端与电感L5的左端连接。电感L3的右端与变压器T3的p1端连接，电感L4的右端与变压器T4的p1端连接，电感L5的右端与变压器T5的p1端连接。变压器T3的p2端与变压器T4、T5的p2端连接。变压器T3的s1端与变压器T4、T5的s1端连接。变压器T3的s2与二极管D7的阳极和D10的阴极连接，变压器T4的s2与二极管D8的阳极和二极管D11的阴极连接，变压器T5的s2与二极管D9的阳极和二极管D12的阴极连接。二极管D7、D8、D9的阴极与电容C6的阳极连接，二极管D10、D11、D12的阳极与电容C6的阴极连接。
上下两个三相交错LLC的电路结构相同，两者串联后C6的阳极和C10的阴极两个电压之和作为负载R1的源。因为串联的电流相等，R2作为上下模块共用的电流采样信号Iout，电容C6、C10两端的电压信号分别进行采样转换为VC6、VC10，送入DSP进行处理，如图1所示。
在进行恒流充电时DSP的控制策略如图4所示：电流参考Iref与电流采样Iout作差，差值进入电流环，进行PI运算。VC6与VC10的电压信号作差，进入电压环，进行PI运算。电流环的PI减去电压环的PI，作为调制波，再与设定的三角波或者锯齿波叠加得到PWM的输出信号，PWM的输出信号驱动三相交错LLC中的开关管的开闭，以调整输出电压。
恒流模式工作情况如下：三相交流输入经维也纳整流电路整流后输出直流电压，并均匀分配在两个电容上。实际上，两个电容分担电压总会存在不均衡时刻，如果上下两个模块工作在恒压模式下，两个模块的输出电压是相等的，由于串联电流也相等，因此两个模块的输出功率是相等的，从C1、C2上抽取的能量一致，因此C1、C2两端的电压会保持均分。但当模块进入恒流模式时，只有电流环起作用，这时就有可能出现上下模块输出电压不一致的情况，从而导致C1、C2两端的电压不均衡，情况严重可能会导致器件损坏的后果。
因此在进入恒流模式时，引入了C6、C10两端的差值进行补偿，以后级上模块为例，若C6电压大于C10，经过PI运算后是大于0的数，电流环的PI输出减去上述数值后变小，从而增大输出频率或减小占空比从而使C6的输出电压降低。若C6电压小于C10，经过PI运算后是小于0的数，电流环的PI输出减去上述数值后变大，从而减小输出频率或增大占空比从而使C6的输出电压升高。下模块的控制方式与上模块类似。
因此若参数选取合理，在恒流模式下，上下模块的输出电压也将保持一致，从而使母线C1、C2两端的电压保持均衡。这种方式引入了两个模块的电压差作为信号源，主动地去均衡母线电压，均压效果好。
实施例二
本实施方式在实施例一的基础上，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一中所述的双路串联的三相交错LLC的输出均压方法。
此外，在此基础上公开一种充电桩，该充电桩包括了上述的终端设备，以实现双路串联充电桩的输出均压。
实施例三
在一个或多个实施方式中，公开了一种多路串联的三相交错LLC的均压方法。
采用后级多路串联的三相交错LLC的开关电源结构中，后级采用三路或者三路以上三相交错LLC串联的形式，三相交流输入经过维也纳整流电路后，将输出电压平均分到每一个三相交错LLC作为输入源，所有三相交错LLC的输出串联后作为整个系统的总输出。
前级维也纳整流电路以及每一路三相交错LLC的结构与实施例一中的结构相同，上述开关电源结构实现后级多路串联的三相交错LLC均压的方法如图5所示，Vaverage是多个模块串联输出电压的平均值，Vn是第n个模块的输出电压值。DRIVE n1～n6是此模块的6路驱动。其工作原理与双路串联类似，在恒流工作时模块的输出电压与平均电压进行比较，误差经过PI运算后叠加到电流环，从而实现在恒流模式下所有模块的均压功能。
该种实施方式下，多路串联的三相交错LLC的均压方法包括：
分别采集每一路三相交错LLC的输出电压以及输出电流信号；
将输出电流与设定的电流参考值做差后，进行PI运算；
求取所有输出电压信号的平均值；
其中一路三相交错LLC的输出电压与上述平均值做差后，进行PI运算；
上述两个PI运算的结果做差，作为PWM输出信号的调制波，生成PWM输出信号；
所述PWM输出信号驱动该路三相交错LLC的开关管，调整该路三相交错LLC的输出电压；
对每一路三相交错LLC均采用上述方法生成PWM输出信号，以调整其输出电压，最终实现多路串联的三相交错LLC的输出电压均衡。
实施例四
本实施方式在实施例三的基础上，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例三中所述的多路串联的三相交错LLC的均压方法。
在此基础上，公开一种充电桩，该充电桩包括了上述的终端设备，以实现多路串联充电桩的输出均压。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。
Claims (10)
1.一种双路串联的三相交错LLC的输出均压方法，其特征在于，包括：
分别采集每一路三相交错LLC的输出电压以及输出电流信号；
将输出电流与设定的电流参考值做差后，进行PI运算；
两路三相交错LLC的输出电压做差后，进行PI运算；
上述两个PI运算的结果做差，作为PWM输出信号的调制波，生成PWM输出信号；
所述PWM输出信号驱动三相交错LLC的开关管，调整相应三相交错LLC的输出电压，实现两路三相交错LLC的输出电压均衡。
2.如权利要求1所述的一种双路串联的三相交错LLC的输出均压方法，其特征在于，所述调制波与设定的三角波或者锯齿波叠加后，得到PWM输出信号。
3.一种充电桩的输出均压方法，所述充电桩的开关电源包括双路串联的三相交错LLC，其特征在于，采用权利要求1-2任一项所述的双路串联的三相交错LLC的输出均压方法实现充电桩的输出均压。
4.一种多路串联的三相交错LLC的输出均压方法，采用三路或者三路以上三相交错LLC串联的形式，其特征在于，包括：
分别采集每一路三相交错LLC的输出电压以及输出电流信号；
将输出电流与设定的电流参考值做差后，进行PI运算；
求取所有输出电压信号的平均值；
其中一路三相交错LLC的输出电压与上述平均值做差后，进行PI运算；
上述两个PI运算的结果做差，作为PWM输出信号的调制波，生成PWM输出信号；
所述PWM输出信号驱动该路三相交错LLC的开关管，调整该路三相交错LLC的输出电压；
对每一路三相交错LLC均采用上述方法生成PWM输出信号，以调整其输出电压，最终实现多路串联的三相交错LLC的输出电压均衡。
5.如权利要求4所述的一种多路串联的三相交错LLC的输出均压方法，其特征在于，所述调制波与设定的三角波或者锯齿波叠加后，得到PWM输出信号。
6.一种充电桩的输出均压方法，所述充电桩的开关电源包括三路或者三路以上串联连接的三相交错LLC，其特征在于，采用权利要求4-5任一项所述的多路串联的三相交错LLC的输出均压方法实现充电桩的输出均压。
7.一种终端设备，其特征在于，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
分别采集每一路三相交错LLC的输出电压以及输出电流信号；
将输出电流与设定的电流参考值做差后，进行PI运算；
两路三相交错LLC的输出电压做差后，进行PI运算；
上述两个PI运算的结果做差，作为PWM输出信号的调制波，生成PWM输出信号；
所述PWM输出信号驱动三相交错LLC的开关管，调整相应三相交错LLC的输出电压，实现两路三相交错LLC的输出电压均衡。
8.一种充电桩，其特征在于，包括权利要求6所述的终端设备。
9.一种终端设备，其特征在于，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现以下步骤：
分别采集每一路三相交错LLC的输出电压以及输出电流信号；
将输出电流与设定的电流参考值做差后，进行PI运算；
求取所有输出电压信号的平均值；
其中一路三相交错LLC的输出电压与上述平均值做差后，进行PI运算；
上述两个PI运算的结果做差，作为PWM输出信号的调制波，生成PWM输出信号；
所述PWM输出信号驱动该路三相交错LLC的开关管，调整该路三相交错LLC的输出电压；
对每一路三相交错LLC均采用上述方法生成PWM输出信号，以调整其输出电压，最终实现多路串联的三相交错LLC的输出电压均衡。
10.一种充电桩，其特征在于，包括权利要求9所述的终端设备。
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