CN203119558U - 一种智能型充电机电源模块 - Google Patents

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刘爱忠
唐亮
李勇
孟祥军
巩方彬
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Abstract

本实用新型公开了一种智能型充电机电源模块，其特征是，它包括三个并联的单相模块，各单相模块与主监控模块连接，各单相模块之间互相通信；所述单相模块包括前级无桥APFC电路与LLC变换器，前级无桥APFC电路与LLC变换器与控制器连接控制器，实现各自的闭环反馈控制，前级无桥APFC电路与LLC变换器通过辅助电源给自身提供电源，前级无桥APFC电路还与LLC变换器连接。

Description

一种智能型充电机电源模块
技术领域
本实用新型涉及一种智能充电机电源模块。
背景技术
目前，电力系统变电站中已经广泛使用供铅酸电池或者锂电池充电的电力充电电源。分析业界现用的这些充电机电源模块现状，技术上有以下几项缺点：
部分充电模块是采用单级式的不带有源功率因数校正（APFC）的技术方案，导致交流输入端的PF值较低，总谐波含量在30%以上；即使充电模块采用了APFC技术，但前级APFC部分与后级隔离DC/DC转换部分多是使用两个独立模拟控制芯片或者两片不同数字芯片分别单独控制，且前后两级需互相传递的信号必须另外添加专门通信电路实现。当需传递信号较多时，控制电路会变得相对繁杂，降低了电路运行的可靠性。
现有充电模块仅具备恒压充电和恒流充电两种模式，导致了充电阶段充电机利用效率较低。举例来说，一台标称输出电压(50-100)V，最大输出电流100A的10KW模块，在给某电池组(60-70)V恒流充电期间，最大输出电流肯定维持在100A，模块输出功率仅是满功率的60%-70%。进一步说，较低的利用效率导致了使用成本的增加；现有充电模块DC/DC变换器多采用电压单环反馈控制，单环控制虽容易实现，但电源的动态性能、短路保护性能相对双环控制较差；现有充电模块不具备与电池通信功能，需接受外部监控装置指令才能正常运行，一旦监控装置出现异常，模块工作也会陷入混乱。
实用新型内容
本实用新型的目的就是为了解决上述问题，提供一种智能型充电机电源模块，它具有硬件结构简单、提高电路可靠性、提高系统的容错能力的优点。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种智能型充电机电源模块，它包括多个并联的单相模块，各单相模块与主监控模块连接，各单相模块之间互相通信；
所述单相模块包括前级的无桥APFC电路与LLC变换器，前级的无桥APFC电路与LLC变换器与控制器连接控制器，实现各自的闭环反馈控制，前级的无桥APFC电路与LLC变换器通过辅助电源给自身提供电源，前级的无桥APFC电路还与LLC变换器连接。
所述控制器为DSP控制器，各单相模块的DSP控制器通过CAN互相通信。
所述主监控模块与电池通过CAN通信，与DSP控制器通过485通信，与上位机通过CAN通信。
所述主监控模块为微控制器。
本实用新型的工作原理：三个单相模块输出并联构成组合式三相输入电源模块；每个单相模块包括前级的无桥APFC、后级LLC变换器、辅助电源以及DSP控制器；前级的无桥APFC和后级谐振LLC直流-直流变换器共用一片DSP控制器分别实现其闭环反馈控制；单相模块之间通过DSP之间的CAN通信实现均流；电源内部还集成了一个主监控模块，主监控模块可分别实现与DSP的485通信、与电池的CAN通信、与上位机的CAN通信。
本实用新型的有益效果：
1．本实用新型中采用无桥APFC电路，APFC技术的使用可以实现分布式谐波治理，无需在充电机之前再加功率较大的电力有源滤波器，即使使用电力有源滤波器，同样的应用场合相比之前较小容量的装置即可满足谐波治理要求；
2．DSP控制器同时实现对无桥APFC和LLC控制器同时进行闭环控制，与采用前后两级单独控制技术的方案相比，硬件电路结构更加简单，省却了许多信号传递必需的通信电路，提高了电路的可靠性；所需信号均由DSP控制器直接采样后处理，提高了本实用新型的实时性；
3．本实用新型可根据不同的应用场合选取最合理的输出模式，在提高充电机使用效率的同时，也实现了对电池的快速充电。对充电机使用效率的提升其实就等同于使用成本的降低
4．本实用新型的后级功率变换LLC控制器部分采用电压外环、电流内环的双环控制模式，可以极大的提高充电机的纹波杂音指标、动态性能和短路保护速度。这些性能的提高对整个变电站的可靠性运行至关重要；
5.主监控板实时与外部上位机通信，在外部上位机工作出现异常的时候，通过设置充电机仍能够自主运行，从而在一定程度成提高了本实用新型的容错能力。
附图说明
图1为本实用新型的系统框图；
图2为前级无桥APFC控制框图；
图3为LLC控制器双环控制框图
其中，1.辅助电源，2.无桥APFC电路，3.LLC变换器，4.DSP控制器，5.主监控模块，6.上位机，7电动汽车。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，一种智能型充电机电源模块，它包括多个并联的单相模块，各单相模块与主监控模块5连接，各单相模块之间互相通信；
所述单相模块包括前级的无桥APFC电路2与LLC变换器3，前级的无桥APFC电路2与LLC变换器3与控制器连接，实现各自的闭环反馈控制，前级的无桥APFC电路2与LLC变换器3通过辅助电源1给自身提供电源，前级的无桥APFC电路2还与LLC变换器3连接。
所述LLC变换器3采用双环结构，其中，外环为电压控制环、内环为电流控制环。
所述控制器为DSP控制器4，各单相模块的DSP控制器4通过CAN互相通信，DSP控制器4为主控数字芯片TMS320F2801。
所述主监控模块5与电池通过CAN通信，与DSP控制器4通过485通信，与上位机6通过CAN通信。
所述主监控模块5为微控制器。
本实用新型的工作原理：三个单相模块输出并联构成组合式三相输入电源模块；每个单相模块包括前级的无桥APFC电路2、LLC变换器3、辅助电源1以及DSP控制器4；前级的无桥APFC电路2和后级谐振的LLC直流-直流变换器共用一片DSP控制器4分别实现其闭环反馈控制；单相模块之间通过DSP控制器4之间的CAN通信实现均流；电源内部还集成了一个主监控模块5，主监控模块5可分别实现与DSP控制器5的485通信、与电池的CAN通信、与上位机6的CAN通信，三个单相模块输出并联构成组合式三相输入电源模块与电动汽车7连接。
图2中，Vpfcset表示电压环给定，Vpfcfeedback表示电压环反馈，V pfcErr表示电压环误差信号，PI表示比例积分环节，Vpfcpi表示电压环输出，K*Vin/Vrm^2交流输入乘以一系数再除以交流输入有效值平方，Ipfcset表示电流环给定，Ipfcfeedback表示电流反馈，IpfcErr表示电流误差信号，SZSP表示单零点单极点滤波单元，PI表示比例积分单元，PpfcPiout表示电流环输出。无桥APFC电路2电路双环控制原理可描述如下：根据前级的无桥APFC电路2的电压环的输出、交流输入以及交流输入有效值的平方得到前级无桥APFC电路2的电流环给定Ipfcset，接着对电流误差信号分别采用单零单极和PI滤波两级控制器结构解决THD问题。
图3中，Vset表示LLC电压环给定信号，Vfb表示电压反馈信号，VErr表示电压环误差，PI表示比例积分，Iset表示电流给定，Ifb表示电流反馈，IErr表示电流误差，Piout表示LLC电流内环输出。为了满足纹波杂音指标和获得更快的动态响应速度，LLC变换器3采用外环电压环、内环电流环的结构，LLC变换器3的双环控制框图如图3所示
除了电源主电路本身控制，交流输入过欠压保护、充电机输出过欠压保护、前级的无桥APFC电路2过流保护、LLC变换器3过流及短路保护、前级的无桥APFC电路2和LLC变换器3过温保护、模块均流等功能均是由DSP控制器实现的。
上述虽然结合附图对本实用新型的具体实施方式进行了描述，但并非对本实用新型保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本实用新型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实用新型的保护范围以内。

Claims (4)

1.一种智能型充电机电源模块，其特征是，它包括三个并联的单相模块，各单相模块与主监控模块连接，各单相模块之间互相通信；
所述单相模块包括前级无桥APFC电路与LLC变换器，前级无桥APFC电路与LLC变换器与控制器连接控制器，实现各自的闭环反馈控制，前级无桥APFC电路与LLC变换器通过辅助电源给自身提供电源，前级无桥APFC电路还与LLC变换器连接。
2.如权利要求1所述一种智能型充电机电源模块，其特征是，所述控制器为DSP控制器，各单相模块的DSP控制器通过CAN互相通信。
3.如权利要求1所述一种智能型充电机电源模块，其特征是，所述主监控模块与电池通过CAN通信，与DSP控制器通过485通信，与上位机通过CAN通信。
4.如权利要求1所述一种智能型充电机电源模块，其特征是，所述主监控模块为微控制器。
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