CN204290434U - 一种数字控制电动汽车充电机电路 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种数字控制电动汽车充电机电路，包括三相并联的单相模块，单相模块包括交流输入整流电路、APFC电路、LLC全桥谐振变换电路和整流输出模块，采用了基于boost电路的有源功率因数校正技术和数字式控制LLC全桥变换器的技术相结合来实现大功率的充电机。通过主控芯片UC2854BN及其外围电路来控制boost电路以实现充电机的有源功率因数校正功能，应用DSP芯片TMS320F2801作为主控芯片对LLC全桥变换器进行数字控制以实现充电机的恒压和恒流工作功能。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种数字控制电动汽车充电机电路。
背景技术
随着科技发展，能源的消耗越来越大，与此同时环境的污染也日益加重。如何高效清洁地利用能已成为亟待解决的问题，在此背景下电动汽车应运而生。为加快新能源汽车产业发展，推进节能减排，促进大气污染治理，国务院也批准开展新能源汽车推广应用工作。电动汽车及其相关行业的兴起，对高效节能并且对电网污染小的电动汽车充电机有了较大的需求。
目前已经应用的电动汽车充电机，有一部分是采用无源充电机，还有一部分即使带有源功率因数校正(APFC)功能，但充电机控制完全采用模拟控制，存在设计复杂，通用性差，对充电机实现恒压和恒流功能不方便调试和不易扩展等缺点。
实用新型内容
本实用新型为了解决上述问题，提出了一种数字控制电动汽车充电机电路，本电路基于boost电路的有源功率因数校正技术和数字式控制LLC全桥变换器的技术相结合来实现大功率的充电机，使得充电机既有APFC功能又兼有数字控制的优点，能够灵活的实现充电机的恒压工作和恒流工作。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种数字控制电动汽车充电机电路，包括若干个通过CAN总线级联的充电机主电路，所述充电机主电路包括三相并联的单相模块，单相模块包括交流输入整流电路、APFC电路、LLC全桥谐振变换电路和整流输出模块，其中交流输入整流电路为APFC电路提供稳定的直流电源，APFC电路对输入的直流电源进行升压变换，为LLC全桥谐振变换电路提供高压直流输入信号，LLC全桥谐振变换电路连接整流输出模块，整流输出模块连接V bus总线；单相模块之间通过CAN总线连接。
所述交流输入整流电路包括交流电源和桥式整流电路，交流电源连接桥式整流电路，桥式整流电路连接APFC电路。
所述APFC电路，包括BOOST电路，且APFC电路由APFC控制芯片驱动。
所述LLC全桥谐振变换电路，包括MOS管、电容、电感和变压器，其中，MOS管组成全桥谐振电路，全桥谐振电路的中性点分别通过电感、电容连接变压器原边的两端，通过DSP芯片实现对LLC全桥谐振变换电路的变频控制。
所述整流输出模块，包括全桥整流电路，变压器的副边连接全桥整流电路连接二极管后并联极性电容后并联负载。
所述单相模块通过R485连接主监控板，单相模块之间通过can通讯，将各自的输出电流并送到相应的DSP芯片。
所述DSP芯片的型号为TMS320F2801。
所述APFC控制芯片的型号为UC2854BN。
本实用新型的有益效果为：
(1)充电机系统内结构采用三个单元模块并联方式，可以分别对其中的单元模块进行调试，可维护性能较好，充电机能够实现有源功率因数校准功能，对电网污染小；
(2)通过主控芯片UC2854BN及其外围电路来控制boost电路以实现充电机的有源功率因数校正功能；应用DSP芯片TMS320F2801作为主控芯片对LLC全桥变换器进行数字控制以实现充电机的恒压和恒流工作功能，满足电动车的充电技术要求；
(3)可以实现充电机的不同工作状态的转换，通过数字均流技术来实现多台电源冗余并联，提高输出功率，实现对电动公交车的整车充电。
附图说明
图1为本实用新型的充电机主电路结构示意图；
图2为本实用新型单相模块电路拓扑图；
图3为本实用新型整机与整机并联结构图；
图4为本实用新型的恒压控制结构图；
图5为本实用新型的恒流控制结构图；
图6为本实用新型的数字控制主程序流程图。
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、图2所示，一种数字控制电动汽车充电机电路，包括若干个通过CAN总线级联的充电机主电路，所述充电机主电路包括三相并联的单相模块，单相模块包括交流输入整流电路、APFC电路、LLC全桥谐振变换电路和整流输出模块，其中交流输入整流电路为APFC 电路提供稳定的直流电源，APFC电路对输入的直流电源进行升压变换，为LLC全桥谐振变换电路提供高压直流输入信号，LLC全桥谐振变换电路连接整流输出模块，整流输出模块连接V bus总线；单相模块之间通过CAN总线连接。
所述交流输入整流电路包括交流电源和桥式整流电路，交流电源连接桥式整流电路，桥式整流电路连接APFC电路。
所述APFC电路，包括BOOST电路，且APFC电路由APFC控制芯片驱动。
所述LLC全桥谐振变换电路，包括MOS管、电容、电感和变压器，其中，MOS管组成全桥谐振电路，全桥谐振电路的中性点分别通过电感、电容连接变压器原边的两端，通过DSP芯片实现对LLC全桥谐振变换电路的变频控制。
所述整流输出模块，包括全桥整流电路，变压器的副边连接全桥整流电路连接二极管后并联极性电容后并联负载。
所述单相模块通过R485连接主监控板，单相模块之间通过can通讯，将各自的输出电流并送到相应的DSP芯片。
本充电机整机内部采用三个单相模块并联组合成一个三相交流输入单相直流输出的整机充电机，来实现10KW大功率电动汽车充电机。每一单相模块主要由交流输入整流电路、boost电路、LLC全桥谐振变换器以及整流输出四部组成。基于boost电路的有源功率因数校正电路(APFC电路)，为后级LLC全桥变换器来提供稳定的高压直流输入信号。采用型号为TMS320F2801的DSP芯片，作为LLC全桥变换器数字控制主芯片来控制充电机的工作，整机主电路框图如图1所示。单相模块主电路拓扑图如图2所示，T1是LLC全桥谐振变换器的变压器；整流输出侧D1是防倒灌二极管，当充电机输出电压高于电池电压时，充电机对电池充电。
内部三个单相模块分别通过R485和CAN技术进行通讯，主监控板通过R485分别与DSP来实现三个模块之间的通讯和上位机通讯。三个模块之间通过can通讯交互各自的输出电流并送到相应的DSP内部，实现数字均流控制。整机与整机并联时通过can通讯技术来实现整机之间的并联均流，整机与整机并联如图3示。
本充电机后级是LLC全桥谐振变换器，通过数字控制芯片TMS320F2801来实现对其的变频控制。通过数字控制可以使LLC全桥变换器工作在恒压状态或者恒流状态。根据充电机带载的情况充电机可以在恒压和恒流状态之间自动切换。其中恒压状态时采用电压外环电流 内环的双环控制结构来实现稳压，同时也提高动态性能。当恒流状态时采用单电流环控制来实现充电机的电流精度控制。
恒压控制：通过采样滤波电路将采得输出电压Vo和输出电流Io信号送入DSP芯片TMS320F2801进行模数转换，在DSP中电压给定信号Vset与电压采样信号Vf进行比较后进行PI运算，再将运算结果经过限幅后得到VPIout，VPIout信号作为电流内环的给定值与输出电流采样信号If进行比较，再进行电流内环的PI运算，限幅后然后控制相应开关管的pwm驱动脉冲的频率和占空比，其控制框图如图4所示。
恒流控制：当充电机处于恒压控制时，随着负载的增加，电压外环的输出VPIout不断的增大，当其值增大到大于电流内环的给定值Iset时，此时控制自动变为单电流环控制。其中电流内环给定值变为Iset，Iset与采样得到的输出电流信号If进行比较后进行PI运算，然后控制相应开关管的pwm驱动脉冲的频率和占空比，以实现充电机的恒流控制，其控制图如图5所示。
本充电机具有过流保护功能，TMS320F2801芯片中的ePWM模块中的TZ(Trip-Zone)子模块能够支持快速故障保护功能。通过采样LLC谐振变换器变压器原边的电流送入DSP内部用来做过流保护输入信号，当其值过大时会触发TZ子模块关闭开关管的PWM脉冲进而保护电路。数字控制程序流程图如图6所示。
数字控制LLC变换器，具有很好的可扩展性，其中LLC全桥谐振变换器T1是变压器，在必要的原则性的硬件电路基础上，将T1变压器设计为升压变压器，整个充电机结构就能实现高压输出电压，来满足电动公交车的整车充电机的需求，如果将T1变压器设计为降压变压器就能实现低压大电流，来满足电动公交车的分箱充电机的需要。数字控制LLC变换器只需简单的更新程序就可以实现对整车充电机和分箱充电机控制，不必像模拟控制更改相对多的元器件。
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 (9)
1.一种数字控制电动汽车充电机电路，其特征是：包括若干个通过CAN总线级联的充电机主电路，所述充电机主电路包括三相并联的单相模块，单相模块包括交流输入整流电路、APFC电路、LLC全桥谐振变换电路和整流输出模块，其中交流输入整流电路为APFC电路提供稳定的直流电源，APFC电路对输入的直流电源进行升压变换，为LLC全桥谐振变换电路提供高压直流输入信号，LLC全桥谐振变换电路连接整流输出模块，整流输出模块连接V bus总线；单相模块之间通过CAN总线连接。
2.如权利要求1所述的一种数字控制电动汽车充电机电路，其特征是：所述交流输入整流电路包括交流电源和桥式整流电路，交流电源连接桥式整流电路，桥式整流电路连接APFC电路。
3.如权利要求1所述的一种数字控制电动汽车充电机电路，其特征是：所述APFC电路，包括BOOST电路，且APFC电路由APFC控制芯片驱动。
4.如权利要求1所述的一种数字控制电动汽车充电机电路，其特征是：所述LLC全桥谐振变换电路，包括MOS管、电容、电感和变压器，其中，MOS管组成全桥谐振电路，全桥谐振电路的中性点分别通过电感、电容连接变压器原边的两端，通过DSP芯片实现对LLC全桥谐振变换电路的变频控制。
5.如权利要求1所述的一种数字控制电动汽车充电机电路，其特征是：所述整流输出模块，包括全桥整流电路，变压器的副边连接全桥整流电路连接二极管后并联极性电容后并联负载。
6.如权利要求1所述的一种数字控制电动汽车充电机电路，其特征是：所述单相模块通过R485连接主监控板，单相模块之间通过can通讯，将各自的输出电流并送到相应的DSP芯片。
7.如权利要求6所述的一种数字控制电动汽车充电机电路，其特征是：所述DSP芯片的型号为TMS320F2801。
8.如权利要求3所述的一种数字控制电动汽车充电机电路，其特征是：所述APFC控制芯片的型号为UC2854BN。
9.如权利要求1所述的一种数字控制电动汽车充电机电路，其特征是：所述数字控制电动汽车充电机电路通过CAN总线级联，实现扩展。
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| TR01 | Transfer of patent right | ||
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