CN117277822B - 一种用于换电柜的多路输出电路及其自动均流控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于换电柜的多路输出电路及其自动均流控制方法，包括PWM半桥拓扑电路，PWM半桥拓扑电路电连接若干变压器的原边绕组；所述若干变压器的原边绕组串联电连接；每个变压器的副边绕组依次电连接整流电路和滤波电路形成两路输出电路。本发明采用隔直电容CR1，解决了变压器偏磁现象，即解决了给不同规格电池充电；本发明的整流电路采用串联整流并进行两路输出，单路输出总电流的一半，故总电流20A,单路输出各一半,即各10A，无需目前高成本的DC/DC方案电路方案。
Description
技术领域
本发明涉及电气领域，特别是涉及一种用于换电柜的多路输出电路及其自动均流控制方法。
背景技术
目前，随着社会发展，私家车数量急剧增加，交通拥堵越来越严重，伴随而来的是电动车行业的高速发展，包括私人电动车、外卖电动车等等，其中换电柜作为一种便民设备，也有着重要作用。换电柜需要对多个电源进行充电，因此需要采用多路充电电路，对此现有的充电电路如发明申请CN113315213A公开的一种可为新能源汽车和充电宝充电的电单车换电柜及电路包括拓扑1、拓扑2、和拓扑3，所述拓扑主电路包括双向AC/DC电路、双向DC/DC电路及三相交流电路，所述拓扑2和拓扑3共用拓扑1的AC/DC电路和DC/DC电路，逆变电路将直流转为三相交流电后，取其中二项分别作为拓扑2和拓扑3的电源；所述三相交流电路断开时，将拓扑3电路中的电源变为储能系统，通过电路变换转为拓扑1和拓扑2供电。该发明将新能源汽车、手机充电宝、电单车及电动车等的电池集成于一体，可同时为新能源汽车充电，为共享充电宝充电和电单车电池进行充电和换电。但是现有充电电路充电时，通过AC/DC电流将交流电转化成直流电后，DC/DC电路分别对电池充电，即每个电池充电电路均需要一个DC/DC电路，导致电路较为复杂，且难以实现均流冲电。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于换电柜的多路输出电路及其自动均流控制方法。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
一种用于换电柜的多路输出电路，包括PWM半桥拓扑电路，PWM半桥拓扑电路电连接若干变压器的原边绕组；所述若干变压器的原边绕组串联电连接；每个变压器的副边绕组依次电连接整流电路和滤波电路形成两路输出电路；所述整流电路包括第一隔直电容，第一隔直电容一端电连接变压器的副边绕组的一端，另一端电连接第一二极管的负极和第三二极管的正极；变压器的副边绕组的另一端电连接第二二极管的负极和第四二极管的正极；第一二极管的负极电连接第三二极管的正极，第二二极管的正极电连接第四二极管的正极；
所述滤波电路包括一端与第三二极管的负极电连接的第一电感和一端与第四二极管的负极电连接的第二电感；第一电感另一端电连接第一正极端口、第三滤波电容的一端和单片机，第二电感另一端电连接第二正极端口、第四滤波电容的一端和单片机；第三滤波电容另一端电连接第一二极管的正极、第二二极管的正极和第一电阻的一端，第一电阻的另一端电连接第一负极端口和单片机；第四滤波电容另一端接地且电连接第二电阻的一端，第二电阻RS2的另一端电连接第二负极端口和单片机；
其中，第一二极管、第三二极管和第一电感依次串联形成第一路输出电路，第二二极管、第四二极管和第二电感依次串联形成第二路输出电路；第一路输出电路和第二路输出电路并联设置。
进一步的改进，所述PWM半桥拓扑电路包括第一芯片，第一芯片电连接第一MOS管的栅极，第一芯片电连接第二MOS管的栅极；第一MOS管的源极电连接第二MOS管的漏极和变压器的原边绕组的一端；第一MOS管的漏极电连接第一充电电容的一端，第一充电电容的另一端电连接第二充电电容的一端和变压器的原边绕组的一端的另一端；第二充电电容的另一端接地并电连接第二MOS管的源极。
进一步的改进，所述第一芯片电连接光耦，光耦电连接单片机。
进一步的改进，所述单片机分别电连接RS486通讯电缆的A端口RS486A和RS486通讯电缆的B端口RS486B。
一种用于换电柜的多路输出电路的自动均流控制方法，所述用于换电柜的多路输出电路如上所述，其特征在于，所述自动均流控制方法如下：
第一芯片以180°相位差的间隔控制第一MOS管和第二MOS管通断，其中第一MOS管导通时第二MOS管关闭，第一MOS管关闭时第二MOS管导通；单片机采集2路两路输出电路的电压电流信号输送到上位机，当上位机检测到无负载时，通过RS486通讯电缆通信单片机，命令电源关断无输出；上位机检测到单负载时，通过单片机控制电流输出端口输出1倍的负载额定充电电流；上位机检测到双负载时，通过单片机命令电源工作输出2倍的负载额定充电电流，2倍的负载额定充电电流经过整流电路和滤波电路均分成两个1倍的负载额定充电电流分别对两个负载充电。
进一步的改进，所述负载为电池，负载额定充电电流为10A。
进一步的改进，在0-180°相位内：第一芯片控制第一MOS管导通，第二MOS管关闭,经变压器的原边绕组，以PWM模式对第一充电电容和第二充电电容充电，第一二极管和第四二极管导通，对与第一正极端口和第一负极端口电连接的电池补充充电；在180°-360°相位内：第一MOS管关闭，第二MOS管导通,经变压器的原边绕组，以PWM模式对第一充电电容和第二充电电容放电，第二二极管和第三二极管导通，对应与第二正极端口和第二负极端口电连接的电池补充充电；变压器的副边绕组经第一隔直电容、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管整流，第一电感、第二电感、第三电容、第四电容滤波后形成两路输出电路，给两节电池分别充电，第一隔直电容用于防止变压器偏磁带来磁饱和；即每个变压器给两节电池充电。
本发明的有益效果在于：
1.本发明采用隔直电容CR1，解决了变压器偏磁现象，即解决了给不同规格电池充电（如一节48V电池，另外一节60V），可自动匹配电压。
2.本发明的整流电路采用串联整流并进行两路输出，单路输出总电流的一半，故总电流20A,单路输出各一半,即各10A，无需目前高成本的DC/DC方案电路方案。
3.本发明采用单片机进行电流输出控制，控制方式简单，且根据单电池充电还是双电池充电的情况快速调整输出电流。
附图说明
利用附图对本发明做进一步说明，但附图中的内容不构成对本发明的任何限制。
图1为实施例1的电路结构示意图；
图2为实施例2的电路结构示意图。
附图标记说明如下：
第一隔直电容CR1、第二隔直电容CR2、第一变压器T1、第二变压器T2、第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第一充电电容C1、、第二充电电容C2、第一芯片U1、光耦U2、单片机U3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第五二极管D5、第六二极管D6、第七二极管D7、第八二极管D8、第一电感LF1、第二电感LF2、第三电感LP3、第四电感LP4、第三电容C3、第四电容C4、第五电容C5、第六电容C6、第一电阻RS1、第二电阻RS2、第三电阻RS3、第四电阻RS4、RS486通讯电缆的A端口RS486A、RS486通讯电缆的B端口RS486B、第一正极端口V01+、第二正极端口V02+、第三正极端口V03+、第四正极端口V04+、第一负极端口V01-、第二负极端口V02-、第三负极端口V03-、第四负极端口V04-、第一电感LF1、第二电感LF2。
具体实施方式
为了使发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实例，对本发明进行进一步的详细说明。
实施例1
如图1所示，①第一MOS管Q1、第二MOS管Q2、第一充电电容C1和第二充电电容C2构成PWM半桥拓扑，区别于现有的不对称半桥其为对称半桥结构。其控制方式如下：①通过第一芯片U1控制第一MOS管Q1和第二MOS管Q2的通断。②控制分0～180度相位和180度～360度相位。③前180度相位内，第一MOS管Q1导通（第二MOS管Q2,一定关断）时，经第一变压器T1对第一充电电容C1＆第二充电电容C2充电，第一变压器T1根据同名端关系，次级线圈经第一隔直电容CR1，第三二极管D3，第二二极管D2导通（第一二极管D1，第四二极管D4处于反偏状态关断），经第一电感LF1对第三电容C3充电，对应VO2+对应电池补充充电。反之在180～360度相位内，第二MOS管开通（第一MOS管Q1一定关断），经第一变压器T1原边绕组，对第一充电电容C1＆第二充电电容C2放电，根据变压器的同名端关系，变压器的次级绕组经第一隔直电容CR1，第四二极管D4，第一二极管D1导通（第二二极管D2，第三二极管D3处于反偏置状态关断），经第二电感LF2对第四电容C4电容充电，对应VO1+对应电池补充充电。
所以说，在前180度相位内，对第三电容C3充电；在后180度相位内，对第四电容C4充电。经本发明的电路整流、滤波出2路输出。
因此本发明的第一变压器T1副边绕组经第一隔直电容CR1、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4整流，第一电感LF1、第二电感LF2、第三电容C3、第四电容C4滤波，两路输出VO1,VO2，给两节电池分别充电。其中第一隔直电容CR1与第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4串联整流，防止变压器T1偏磁带来磁饱和。
U3为单片机，采集2路输出电压电流信号，逻辑分析判断后，通过光耦U2，控制原边第一芯片U1的PWM工作模式。上位机检测无负载（电池）时，通过RS485通信，经单片机U3逻辑判断，命令电源关断无输出；上位机检测到单电池时，单片机U3命令对电源工作输出10A电流；上位机检测到双电池时，单片机U3命令电源工作输出20A电流（如规格为10A对电池充电），由于次级采用串联整流，两路自然均流各10A。
实施例2
如图2所示为本发明的从一拖二可以简单的变成一拖四电路或一拖2N电路方案，变压器原边串联，次级侧分别整流滤波，但共地输出。各路输出总电流四分之一。分别由上位机检测，经单片机逻辑控制。
最后应当说明的是，以上实施例仅用于说明本发明的技术方案而非对本发明保护
范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细说明，本领域的普通技术人员应当了解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。
Claims (5)
1.一种用于换电柜的多路输出电路，其特征在于，包括PWM半桥拓扑电路，PWM半桥拓扑电路电连接若干变压器的原边绕组；所述若干变压器的原边绕组串联电连接；每个变压器的副边绕组依次电连接整流电路和滤波电路形成两路输出电路；所述整流电路包括第一隔直电容（CR1），第一隔直电容（CR1）一端电连接变压器的副边绕组的一端，另一端电连接第一二极管（D1）的负极和第三二极管（D3）的正极；变压器的副边绕组的另一端电连接第二二极管（D2）的负极和第四二极管（D4）的正极；第一二极管（D1）的负极电连接第三二极管（D3）的正极，第二二极管（D2）的正极电连接第四二极管（D4）的正极；
所述滤波电路包括一端与第三二极管（D3）的负极电连接的第一电感（LF1）和一端与第四二极管（D4）的负极电连接的第二电感（LF2）；第一电感（LF1）另一端电连接第一正极端口（V01+）、第三滤波电容（C3）的一端和单片机（U3），第二电感（LF2）另一端电连接第二正极端口（V02+）、第四滤波电容（C4）的一端和单片机（U3）；第三滤波电容（C3）另一端电连接第一二极管（D1）的正极、第二二极管（D2）的正极和第一电阻（RS1）的一端，第一电阻（RS1）的另一端电连接第一负极端口（VO1-）和单片机（U3）；第四滤波电容（C4）另一端接地且电连接第二电阻（RS2）的一端，第二电阻（RS2）的另一端电连接第二负极端口（VO2-）和单片机（U3）；
其中，第一二极管（D1）、第三二极管（D3）和第一电感（LF1）依次串联形成第一路输出电路，第二二极管（D2）、第四二极管（D4）和第二电感（LF2）依次串联形成第二路输出电路；第一路输出电路和第二路输出电路并联设置；所述PWM半桥拓扑电路包括第一芯片（U1），第一芯片（U1）电连接第一MOS管（Q1）的栅极，第一芯片（U1）电连接第二MOS管（Q2）的栅极；第一MOS管（Q1）的源极电连接第二MOS管（Q2）的漏极和变压器的原边绕组的一端；第一MOS管（Q1）的漏极电连接第一充电电容（C1）的一端，第一充电电容（C1）的另一端电连接第二充电电容（C2）的一端和变压器的原边绕组的一端的另一端；第二充电电容（C2）的另一端接地并电连接第二MOS管（Q2）的源极；所述第一芯片（U1）电连接光耦（U2），光耦（U2）电连接单片机（U3）。
2.如权利要求1所述的用于换电柜的多路输出电路，其特征在于，所述单片机（U3）分别
电连接RS486通讯电缆的A端口（RS486A）和RS486通讯电缆的B端口（RS486B）。
3.一种用于换电柜的多路输出电路的自动均流控制方法，所述用于换电柜的多路输出电路如权利要求1或2所述，其特征在于，所述自动均流控制方法如下：
第一芯片（U1）以180°相位差的间隔控制第一MOS管（Q1）和第二MOS管（Q2）通断，其中第一MOS管（Q1）导通时第二MOS管（Q2）关闭，第一MOS管（Q1）关闭时第二MOS管（Q2）导通；单片机（U3）采集2路两路输出电路的电压电流信号输送到上位机，当上位机检测到无负载时，通过RS486通讯电缆通信单片机（U3），命令电源关断无输出；上位机检测到单负载时，通过单片机（U3）控制电流输出端口输出1倍的负载额定充电电流；上位机检测到双负载时，通过单片机（U3）命令电源工作输出2倍的负载额定充电电流，2倍的负载额定充电电流经过整流电路和滤波电路均分成两个1倍的负载额定充电电流分别对两个负载充电。
4.如权利要求3所述的用于换电柜的多路输出电路的自动均流控制方法，其特征在于，所述负载为电池，负载额定充电电流为10A。
5.如权利要求3所述的用于换电柜的多路输出电路的自动均流控制方法，其特征在于，在0-180°相位内：第一芯片（U1）控制第一MOS管（Q1）导通，第二MOS管（Q2）关闭,经变压器的原边绕组，以PWM模式对第一充电电容（C1）和第二充电电容（C2）充电，第一二极管（D1）和第四二极管（D4）导通，对与第一正极端口（V01+）和第一负极端口（VO1-）电连接的电池补充充电；在180°-360°相位内：第一MOS管（Q1）关闭，第二MOS管（Q2）导通,经变压器的原边绕组，以PWM模式对第一充电电容（C1）和第二充电电容（C2）放电，第二二极管（D2）和第三二极管（D3）导通，对应与第二正极端口（V02+）和第二负极端口（VO2-）电连接的电池补充充电；变压器的副边绕组经第一隔直电容（CR1）、第一二极管（D1）、第二二极管（D2）、第三二管（D3）、第四二极管（D4）整流，第一电感（LF1）、第二电感（LF2）、第三电容（C3）、第四电容（C4）滤波后形成两路输出电路，给两节电池分别充电，第一隔直电容（CR1）用于防止变压器偏磁带来磁饱和；即每个变压器给两节电池充电。
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