CN204290437U - 一种数字控制电动公交车分箱充电机 - Google Patents

一种数字控制电动公交车分箱充电机 Download PDF

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刘爱忠
李勇
杨勇
陈嵩
崔忠瑞
刘广扩
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Abstract

本实用新型公开了一种数字控制电动公交车分箱充电机，包括三个并联的单相模块，每个单相模块包括依次连接的交流输入整流电路、boost电路、LLC全桥谐振电路以及整流输出模块，其中交流输入整流电路将交流电整流为直流电，boost电路为LLC全桥谐振电路提供稳定的高压直流输入信号；每个boost电路连接PFC控制芯片，每个LLC全桥谐振电路连接DSP控制芯片，且每个单相模块的LLC全桥谐振电路之间互相连接，整流输出模块连接直流输出母线。本实用新型既能实现有源功率因数校正功能，又能提高低压大电流分箱充电机的电能转换效率，同时又有数字电源的优点。

Description

一种数字控制电动公交车分箱充电机
技术领域
本实用新型涉及一种数字控制电动公交车分箱充电机。
背景技术
发展新能源汽车是我国交通能源战略转型、推进生态文明建设的重要举措。随着国家大力推进新能源汽车，必然要求充电设备的增加。目前在山东青岛、山东临沂等充换电站运行的电动公交车充电机分为整车充电机和分箱充电机。其中分箱充电机具有输出电压低，电流大的特性，可是同时使用大量的分箱充电机必对电网造成影响。
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公交车分箱充电机，该装置采用有源功率因数校正功能，减小了分箱充电机对电网的污染。分箱充电机也必须要求其很高的电能转换效率，同时采用LLC全桥谐振电路，采用软开关技术和数字控制，保证充电机在充电电压范围内，能够实现LLC电路的主MOSFET开关管和副边整流二极管实现全程软开关，提高了电能转换效率。
为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：
一种数字控制电动公交车分箱充电机，包括三个并联的单相模块，每个单相模块包括依次连接的交流输入整流电路、boost电路、LLC全桥谐振电路以及整流输出模块，其中交流输入整流电路将交流电整流为直流电，boost电路为LLC全桥谐振电路提供稳定的高压直流输入信号；每个boost电路连接PFC控制芯片，每个LLC全桥谐振电路连接DSP控制芯片，且每个单相模块的LLC全桥谐振电路之间互相连接，整流输出模块连接直流输出母线。
所述交流输入整流电路，包括整流桥和交流输入电源，其中，交流输入电源连接整流桥，整流桥连接boost电路的输入端。
所述boost电路，包括电感、MOSFET开关管、二极管及电解电容，其中，电感连接交流输入整流电路的输出端，电感的另一端连接MOSFET开关管后接地，二极管串联电解电容后与MOSFET开关管并联，电解电容两端连接LLC全桥谐振电路输入端。
所述LLC全桥谐振电路，包括全桥谐振电路、电容、谐振电感和变压器，其中，全桥谐振电路的中性点一端连接电容、另一端连接谐振电感后，分别连接变压器的励磁电感两端。
所述DSP控制芯片为TMS320F280X系统。
所述三个单相模块分别通过RS485和CAN总线进行连接。
所述整流输出模块包括两个整流二极管，两个整流二极管分别连接在LLC全桥谐振电路的变压器副边正、负端，通过电解电容接地。
所述整流输出模块的额定输出电压范围60～100V，最大充电电流为100A。
所述全桥谐振电路，在电压输出范围内，负载由空载至满载的情况下，全桥的四个MOSFET开关管都实现零电压开通。
本实用新型的有益效果为：
1、既能实现有源功率因数校正功能，又能提高低压大电流分箱充电机的电能转换效率，同时又有数字电源的优点；
2、能够实现宽电压范围的输出，并且在这一范围内，可以实现LLC全桥变换器的主开关管MOSFET实现零电压开通和后级整流二极管实现零电流关断。
附图说明
图1为本实用新型的结构示意图；
图2为本实用新型的拓扑电路图。
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所示，1、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低压大电流的电动公交车分箱充电机。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TMS320F280x系列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，A-N，B-N，C-N分别表示三个交流输入电源；V_BUS表示直流输出母线。单相模块主电路拓扑图如图2所示，其中A-N表示交流输入电源；D6、D7、D8及D9是交流输入整流二极管；L、VQ0、D0、C1分别表示boost电路的电感、主MOSFET开关管、二极管及电解电容；VQ1、VQ2、VQ3和VQ4表示LLC全桥谐振变换器的主MOSFET开关管，Cr表示谐振电容，Lr表示谐振电感，Lm表示励磁电感，T表示LLC全桥谐振变换器的变压器；D1、D2表示全波整流输出二极管；C0是输出电解电容，
2、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。
3、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全桥变换器工作在宽电压范围输出。同时根据充电机带载的情况充电机可以在恒压工作和恒流工作状态之间自动切换。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。
4.LLC全桥变换器采用PWM变频控制，其中谐振电感Lr，谐振电容Cr和变压器的励磁电感Lm构成一个LLC谐振网络。通过设计谐振电感Lr，谐振电容Cr和变压器的励磁电感Lm参数以及DSP数字控制可以控制充电机在额定输出电压范围内实现全程软开关，提高效率。这里的“全程软开关”是指：在电压输出范围内，负载由空载至满载的情况下，全桥的四个MOSFET开关管VQ1、VQ2、VQ3和VQ4都能实现零电压开通，后级整流二极管D1和D2实现零电流关断，LLC的损耗降低，进而提高充电机的电能转换效率。
5.本实用新型充电机额定输出电压范围60～100V，最大充电电流为100A，考虑到输出电压低，输出电流大，故充电机后级采用了全波整流电路。
本实用新型提出了一种分箱充电机。既能实现有源功率因数校正功能，又能使充电机的LLC变换器在宽输出电压范围内实现软开关，提高了低压大电流分箱充电机的电能转换效率，同时又有数字电源的优点。
本实用新型的充电机采用了基于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宽低压大电流充电机。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TMS320F280x系列作为主控芯片对LLC全桥变换器进行数字控制以实现宽电压输出。通过设计谐振电感Lr，谐振电容Cr和变压器的励磁电感Lm参数来实现输出电压范围内“全程软开关”。同时通过DSP数字控制可以实现充电机的不同工作状态，如恒压、恒流的控制。分箱充电机是通过R485和can总线来实现通讯。
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公交车分箱充电机，其特征是：包括三个并联的单相模块，每个单相模块包括依次连接的交流输入整流电路、boost电路、LLC全桥谐振电路以及整流输出模块，其中交流输入整流电路将交流电整流为直流电，boost电路为LLC全桥谐振电路提供稳定的高压直流输入信号；每个boost电路连接PFC控制芯片，每个LLC全桥谐振电路连接DSP控制芯片，且每个单相模块的LLC全桥谐振电路之间互相连接，整流输出模块连接直流输出母线。
2.如权利要求1所述的一种数字控制电动公交车分箱充电机，其特征是：所述交流输入整流电路，包括整流桥和交流输入电源，其中，交流输入电源连接整流桥，整流桥连接boost电路的输入端。
3.如权利要求1所述的一种数字控制电动公交车分箱充电机，其特征是：所述boost电路，包括电感、MOSFET开关管、二极管及电解电容，其中，电感连接交流输入整流电路的输出端，电感的另一端连接MOSFET开关管后接地，二极管串联电解电容后与MOSFET开关管并联，电解电容两端连接LLC全桥谐振电路输入端。
4.如权利要求1所述的一种数字控制电动公交车分箱充电机，其特征是：所述LLC全桥谐振电路，包括全桥谐振电路、电容、谐振电感和变压器，其中，全桥谐振电路的中性点一端连接电容、另一端连接谐振电感后，分别连接变压器的励磁电感两端。
5.如权利要求1所述的一种数字控制电动公交车分箱充电机，其特征是：所述DSP控制芯片为TMS320F280X系统。
6.如权利要求1所述的一种数字控制电动公交车分箱充电机，其特征是：所述三个单相模块分别通过RS485和CAN总线进行连接。
7.如权利要求1所述的一种数字控制电动公交车分箱充电机，其特征是：所述整流输出模块包括两个整流二极管，两个整流二极管分别连接在LLC全桥谐振电路的变压器副边正、负端，通过电解电容接地。
8.如权利要求1所述的一种数字控制电动公交车分箱充电机，其特征是：所述整流输出模块的额定输出电压范围60～100V，最大充电电流为100A。
9.如权利要求4所述的一种数字控制电动公交车分箱充电机，其特征是：所述全桥谐振电路，在电压输出范围内，负载由空载至满载的情况下，全桥的四个MOSFET开关管都实现零电压开通。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106972586A (zh) * 2017-05-11 2017-07-21 山东鲁能智能技术有限公司 一种具有按组均流功能的充电系统及方法
CN113346594A (zh) * 2021-06-29 2021-09-03 阳光电源股份有限公司 充电电路、充电电路的控制方法及其控制器和充电桩

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