CN113794367A - 具有防浪涌功能的电源及其控制方法、以及车载充电机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了具有防浪涌功能的电源及其控制方法、以及车载充电机，其中具有防浪涌功能的电源，包括依次连接的PFC模块、直流母线、DCDC模块，以及连接在正直流母线和负直流母线之间的母线电容C1，其还包括连接PFC模块输入端的电压检测模块、与母线电容C1串联的第一开关Q1，以及控制模块；所述控制模块在所述电源上电时，根据电压检测模块检测到的输入电压Vin，控制第一开关Q1的通断以限制浪涌电流；本发明有效防止车载充电机上电过程中产生的浪涌电流，还可控制充电电容的充电电流，防止电流过大造成充电电容损坏，提高了车载充电机的安全性能，延长其使用寿命；在防浪涌电流的基础在，兼顾开机效率可使母线电压快速上升。

Description

具有防浪涌功能的电源及其控制方法、以及车载充电机
技术领域
本发明涉及电源电路，尤其涉及一种具有防浪涌功能的电源及其控制方法、以及车载充电机。
背景技术
随着节能减排，以及控制大气污染的需求，新能源汽车逐渐在市场商用，而电动汽车更是新能源汽车的主力军。车载充电机则是为动力电池完成充电的装置，其在上电时容易产生浪涌电流，损坏相关器件甚至影响电动汽车的安全。
因此，如何在车载充电机上电时限制浪涌电流保护充电机，并且兼顾开机效率使母线电压快速上升，是业界亟待解决的技术问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述缺陷，本发明提出一种具有防浪涌功能的电源及其控制方法、以及车载充电机。
本发明采用的技术方案是设计一种具有防浪涌功能的电源，包括依次连接的PFC模块、直流母线、DCDC模块，以及连接在正直流母线和负直流母线之间的母线电容C1，其还包括连接PFC模块输入端的电压检测模块、与母线电容C1串联的第一开关Q1，以及控制模块；所述控制模块在所述电源上电时，根据电压检测模块检测到的输入电压Vin，控制第一开关Q1的通断以限制浪涌电流。
所述正直流母线和负直流母线之间连接第二电容C2，所述母线电容C1采用电解电容，所述第二电容C2采用薄膜电容。
所述第一开关Q1采用内嵌续流二极管的IGBT管、Si MOS管、SIC MOS管中的一种。
本发明还设计了一种具有防浪涌功能的电源的控制方法，所述电源采用上述的具有防浪涌功能的电源，所述控制方法包括检测输入电压Vin，在输入电压Vin过零的一段时间内，控制第一开关Q1由截止变为导通以限制浪涌电流。
在所述输入电压Vin的绝对值大于或等于阈值电压Vth时，控制第一开关Q1关断；在输入电压Vin的绝对值小于阈值电压Vth时，为充电时段Ton，在充电时段Ton内控制第一开关Q1导通；在非充电时段Ton内控制第一开关Q1截止。
在充电时段Ton内对第一开关Q1实施PWM控制。
所述电源上电时包括缓起阶段，在缓起阶段中包括多个充电时段Ton，在充电缓起阶段后期PWM信号的占空比高于缓起阶段初期PWM信号的占空比。
所述缓起阶段的具体控制步骤如下：
步骤1、上电，根据上电信号给母线电容C1充电；
步骤2、检测直流母线电压是否大于等于母线阈值电压Vmax，是则转步骤6，否则转步骤3；
步骤3、检测输入电压Vin，在输入电压Vin的绝对值大于或等于阈值电压Vth时，转步骤4；在输入电压Vin的绝对值小于阈值电压Vth时，为充电时段Ton，转步骤5；
步骤4、控制第一开关Q1截止，转步骤3；
步骤5、对第一开关Q1实施PWM控制，转步骤2；
步骤6、结束缓起阶段。
本发明还有一实施方案中，在所述输入电压Vin过零前的S秒至输入电压Vin过零后的S秒之间，为充电时段Ton，在充电时段Ton内控制第一开关Q1导通；在非充电时段Ton内控制第一开关Q1截止。
本发明还设计了一种车载充电机，包括电源及其控制方法，所述电源包括上述的具有防浪涌功能的电源，所述控制方法包括上述的具有防浪涌功能的电源的控制方法。
本发明提供的技术方案的有益效果是：
本发明有效防止车载充电机上电过程中产生的浪涌电流，防止过流造成器件损坏；另外通过控制开关的导通时间，控制充电电容的充电电流，防止电流过大造成充电电容损坏，提高了车载充电机的安全性能，延长其使用寿命；在防浪涌电流的基础在，兼顾开机效率，可以使母线电压快速上升。
附图说明
下面结合实施例和附图对本发明进行详细说明，其中：
图1是本发明一个实施例的控制原理框图；
图2是本发明另一个实施例的控制原理框图；
图3是过零时间、控制波形、母线电容电压的关系对照图；
图4是输入电压、控制波形、母线电容电压的关系对照图；
图5是充电时段Ton内控制波形图；
图6是较佳实施例控制流程图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明公开了一种具有防浪涌功能的电源，参看图1示出的原理框图，所述电源包括依次连接的PFC模块、直流母线、DCDC模块，以及连接在正直流母线和负直流母线之间的母线电容C1；还包括连接PFC模块输入端的电压检测模块、与母线电容C1串联的第一开关Q1，以及控制模块；所述控制模块在所述电源上电时，根据电压检测模块检测到的输入电压Vin，控制第一开关Q1的通断以限制浪涌电流。PFC模块的输入端连接交流电，DCDC模块的输出端连接负载。PFC模块的输出会随着输入电压Vin波动而有所波动，电源上电初期，母线电容C1的电容量基本为零，充电时会引起较大的浪涌。本发明通过控制开关的导通与关断，有效防止充电过程中充电电容产生的浪涌电流，防止过流造成器件损坏；另外通过控制开关的导通时间，控制充电电容的充电电流，防止电流过大造成充电电容损坏。
在较佳实施例中，所述正直流母线和负直流母线之间连接第二电容C2。所述母线电容C1采用电解电容，所述第二电容C2采用薄膜电容，薄膜电容的抗冲击电流能力强，浪涌电流可忽略。采用本方案可以增加抗电磁干扰性，过滤高频，优化EMC。
所述第一开关Q1采用内嵌续流二极管的IGBT管、Si MOS管、SIC MOS管中的一种。图1示出的是第一开关Q1采用MOS管，图2示出的是第一开关Q1采用内嵌续流二极管的IGBT管的实施例。
本发明还公开了一种具有防浪涌功能的电源的控制方法，所述电源采用上述的具有防浪涌功能的电源，所述控制方法包括检测输入电压Vin，在输入电压Vin过零的一段时间内，控制第一开关Q1由截止变为导通以限制浪涌电流。
参看图4示出的一个实施例，在所述输入电压Vin的绝对值大于或等于阈值电压Vth时，控制第一开关Q1关断；在输入电压Vin的绝对值小于阈值电压Vth时，为充电时段Ton，在充电时段Ton内控制第一开关Q1导通；在非充电时段Ton内控制第一开关Q1截止。其他时间第一开关Q1关断Toff。也可以说在输入电压|Vin|小于阈值电压Vth时，是充电电容的充电时段Ton，可知此充电时段Ton是固定的，如图4、5所示，在此充电时段Ton内还包括多个Q1的开关周期，在充电时段Ton固定的情况下，可以通过逐渐增加开关Q1的占空比，使得母线电压快速上升。
如图4所示，在第一个充电时段Ton，充电电压达到V1，在第二个充电时段Ton，充电电压达到V2，在第N个充电时段Ton内，充电电压V达到Vmax，完成系统的缓起工作。
所述PFC模块，可用于图腾柱交错并联PFC，整流器桥交错并联PFC，图腾柱PFC，单级、两级PFC等拓扑。
另外，相对于使用正温度系数热敏电阻与继电器来防浪涌电流的装置，由于继电器需要较大的电流维持闭合，且受环境温度影响较大，热态下重新启动时,对浪涌电流起不到限制作用；继电器体积大且继电器有触点寿命影响，本发明的防浪涌电流装置使用开关控制只需非常小的电流，大大地减少了电源的需求，节约能源的同时降低成本，且减少体积。
在较佳实施例中，在充电时段Ton内对第一开关Q1实施PWM控制。通过调节PWM控制信号的占空比，可以方便的调节充电电流的大小。
为避免电流冲击，电源上电时都有一个缓起阶段，缓起阶段正常结束后就进入正常供电阶段（或正常充电阶段）。在缓起阶段中包括多个充电时段Ton，在充电缓起阶段后期PWM信号的占空比高于缓起阶段初期PWM信号的占空比。参看图3或图4，缓起阶段初期母线电容C1中的电量较少，此时采用比较小的占空比，充电电流较小，可以保护元器件；缓起阶段后期的占空比较大，充电电流较大，可以缩短缓起阶段的时长，且不影响安全性能。在较佳实施例中，可以检测母线电容电压，当电压达到预定电压阈值Vmax时，为完成车载充电机的缓起工作。
参看图6示出的较佳实施例缓起阶段的具体控制步骤：
步骤1、上电，根据上电信号给母线电容C1充电；
步骤2、检测直流母线电压是否大于等于母线阈值电压Vmax，是则转步骤6，否则转步骤3；
步骤3、检测输入电压Vin，在输入电压Vin的绝对值大于或等于阈值电压Vth时，转步骤4；在输入电压Vin的绝对值小于阈值电压Vth时，为充电时段Ton，转步骤5；
步骤4、控制第一开关Q1截止，转步骤3；
步骤5、对第一开关Q1实施PWM控制，转步骤2；
步骤6、结束缓起阶段。
具体地，结束缓起阶段后，第一开关Q1保持导通状态。
图3还示出的一个实施例，在所述输入电压Vin过零前的S秒至输入电压Vin过零后的S秒之间，为充电时段Ton，在充电时段Ton内控制第一开关Q1导通以限制浪涌电流。也就是输入电压Vin过零点的附近，第一开关Q1导通，在非充电时段Ton内控制第一开关Q1截止Toff。
本发明还公开了一种车载充电机，包括电源及其控制方法，所述电源包括上述的具有防浪涌功能的电源，所述控制方法包括上述的具有防浪涌功能的电源的控制方法。
以上实施例仅为举例说明，非起限制作用。任何未脱离本申请精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含于本申请的权利要求范围之中。

Claims (10)

1.一种具有防浪涌功能的电源，包括依次连接的PFC模块、直流母线、DCDC模块，以及连接在正直流母线和负直流母线之间的母线电容C1，其特征在于，还包括连接PFC模块输入端的电压检测模块、与母线电容C1串联的第一开关Q1，以及控制模块；所述控制模块在所述电源上电时，根据电压检测模块检测到的输入电压Vin，控制第一开关Q1的通断以限制浪涌电流。
2.如权利要求1所述的具有防浪涌功能的电源，其特征在于，所述正直流母线和负直流母线之间连接第二电容C2，所述母线电容C1采用电解电容，所述第二电容C2采用薄膜电容。
3.如权利要求1所述的具有防浪涌功能的电源，其特征在于，所述第一开关Q1采用内嵌续流二极管的IGBT管、Si MOS管、SIC MOS管中的一种。
4.一种具有防浪涌功能的电源的控制方法，其特征在于，所述电源采用权利要求1至3任一项所述的具有防浪涌功能的电源，所述控制方法包括检测输入电压Vin，在输入电压Vin过零的一段时间内，控制第一开关Q1由截止变为导通以限制浪涌电流。
5.如权利要求4所述的具有防浪涌功能的电源的控制方法，其特征在于，在所述输入电压Vin的绝对值大于或等于阈值电压Vth时，控制第一开关Q1关断；在输入电压Vin的绝对值小于阈值电压Vth时，为充电时段Ton，在充电时段Ton内控制第一开关Q1导通；在非充电时段Ton内控制第一开关Q1截止。
6.如权利要求5所述的具有防浪涌功能的电源的控制方法，其特征在于，在充电时段Ton内对第一开关Q1实施PWM控制。
7.如权利要求6所述的具有防浪涌功能的电源的控制方法，其特征在于，所述电源上电时包括缓起阶段，在缓起阶段中包括多个充电时段Ton，在充电缓起阶段后期PWM信号的占空比高于缓起阶段初期PWM信号的占空比。
8.如权利要求7所述的具有防浪涌功能的电源的控制方法，其特征在于，所述缓起阶段的具体控制步骤如下：
步骤1、上电，根据上电信号给母线电容C1充电；
步骤2、检测直流母线电压是否大于等于母线阈值电压Vmax，是则转步骤6，否则转步骤3；
步骤3、检测输入电压Vin，在输入电压Vin的绝对值大于或等于阈值电压Vth时，转步骤4；在输入电压Vin的绝对值小于阈值电压Vth时，为充电时段Ton，转步骤5；
步骤4、控制第一开关Q1截止，转步骤3；
步骤5、对第一开关Q1实施PWM控制，转步骤2；
步骤6、结束缓起阶段。
9.如权利要求4所述的具有防浪涌功能的电源的控制方法，其特征在于，在所述输入电压Vin过零前的S秒至输入电压Vin过零后的S秒之间，为充电时段Ton，在充电时段Ton内控制第一开关Q1导通；在非充电时段Ton内控制第一开关Q1截止。
10.一种车载充电机，包括电源及其控制方法，其特征在于，所述电源包括权利要求1至3任一项所述的具有防浪涌功能的电源，所述控制方法包括权利要求4至9任一项所述的具有防浪涌功能的电源的控制方法。
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