CN206685951U - 一种适用于风电变桨系统的超级电容充电器 - Google Patents

一种适用于风电变桨系统的超级电容充电器 Download PDF

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陈阳源
朱单单
陈明
曾松彬
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Abstract

本实用新型涉及一种适用于风电变桨系统的超级电容充电器，包括三相桥式整流电路、BOOST升压电路、LLC谐振电路、输出整流电路，所述三相桥式整流电路的输入端连接至三相交流电，所述三相桥式整流电路的输出端经所述BOOST升压电路、LLC谐振电路连接至输出整流电路的输入端，输出整流电路的输出端作为整个超级电容充电器的充电端。本实用新型能够实现电源体积的缩小，整机效率的提高，且能够克服超级电容充电器过程LLC损耗问题。

Description

一种适用于风电变桨系统的超级电容充电器
技术领域
本实用新型应用于三相输入、直流输出场合，尤其涉及一种适用于风电变桨系统的超级电容充电器。
背景技术
目前现有应用于风电系统的三相输入超级电容充电器基本上都采用大都采用一级无源PFC技术加一级软开关技术来实现，现有技术主主要不足之处在于无源PFC采用工频电感一般都需要较大的体积来实现，同时由于采用无源PFC，在宽输入电压范围应用场合下，母线电压范围非常宽，导致后级DC/DC拓扑可选择性大大降低，特别LLC谐振这种高效电路，由于电路本身的工作特性在超级电容这种宽输出电压负载的使用上难以实现，导致整机效率不是很理想。
本申请主要采用一级简单的BOOST升压电路来解决宽母线电压问题，同时再采用一级LLC谐振技术来实现母线的降压，传统的LLC电路采用变频模式，在输出电压非常低甚至是短路的情况下，传统的LLC变频模式都是工作在较高的开关频率下，该模式下开关损耗大且电流纹波较大，本申请主要克服的问题是在超级电容充电器过程LLC损耗问题。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种适用于风电变桨系统的超级电容充电器，该充电器能够实现电源体积的缩小，整机效率的提高。
为实现上述目的，本实用新型的技术方案是：一种适用于大风电变浆系统的超级电容充电器，包括三相桥式整流电路、BOOST升压电路、LLC谐振电路、输出整流电路，所述三相桥式整流电路的输入端连接至三相交流电，所述三相桥式整流电路的输出端经所述BOOST升压电路、LLC谐振电路连接至输出整流电路的输入端，输出整流电路的输出端作为整个超级电容充电器的充电端。
在本实用新型一实施例中，还包括一用于控制LLC谐振电路工作状态的控制单元。
在本实用新型一实施例中，还包括一与所述三相桥式整流电路的输出端连接的辅助电源，该辅助电源用于为所述控制单元供电。
在本实用新型一实施例中，所述控制单元还连接有LED显示模块、通讯模块。
在本实用新型一实施例中，所述BOOST升压电路包括第一开关管、第一电感、第一二极管、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容，所述第一电感的一端与所述三相桥式整流电路的输出端的正端连接，第一电感的另一端经第一开关管与所述三相桥式整流电路的输出端的负端连接，第一电感的另一端还与第一二极管的阳极连接，第一二极管的阴极分别经串联连接的第一电阻和第二电阻以及串联连接的第一电容和第二电容连接至所述三相桥式整流电路的输出端的负端，所述第一电阻和第二电阻的连接中点与第一电容和第二电容的连接中点连接。
在本实用新型一实施例中，所述LLC谐振电路包括第二电感、第三电容、变压器、第一、第二开关管组，所述第一开关管组包括串联连接的第二、第三开关管，第二开关管组包括串联连接的第四、第五开关管，第二开关管和第三开关管连接中点经第二电感与变压器原边一端连接，第四开关管和第五开关管连接中点经第三电容与变压器原边另一端连接。
在本实用新型一实施例中，所述输出整流电路包括第二、第三二极管、第四电容，所述第二二极管的阳极、第三二极管的阳极分别与所述变压器副边的两端连接，第二二极管的阴极、第三二极管的阴极相连接至第四电容的一端，第四电容的另一端与变压器副边中心抽头连接，所述第四电容的一端、另一端分别作为所述输出整流电路输出端的正端、负端。
在本实用新型一实施例中，所述第二开关管、第三开关管的驱动信号为互补信号，第四开关管、第五开关管的驱动信号为互补信号，且第二开关管/第三开关管的驱动信号与第五开关管/第四开关管的驱动信号不同步。
在本实用新型一实施例中，所述第二开关管/第三开关管的驱动信号与第五开关管/第四开关管的驱动信号的同步程度能够调整，即第二开关管/第三开关管与第五开关管/第四开关管的驱动信号同时开通的的时间能够调整。
相较于现有技术，本实用新型具有以下有益效果：本实用新型能够实现电源体积的缩小，整机效率的提高，且能够克服超级电容充电器过程LLC损耗问题。
附图说明
图1是本实用新型超级电容充电器电路原理框图。
图2是本实用新型超级电容充电器电路原理框图内分立部分拓扑图。
图3是传统的变频LLC控制方案图。
图4是本实用新型采用的定频LLC控制方案图。
具体实施方式
下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行具体说明。
如图1所示，本实用新型的一种适用于大风电变浆系统的超级电容充电器，包括三相桥式整流电路、BOOST升压电路、LLC谐振电路、输出整流电路，所述三相桥式整流电路的输入端连接至三相交流电，所述三相桥式整流电路的输出端经所述BOOST升压电路、LLC谐振电路连接至输出整流电路的输入端，输出整流电路的输出端作为整个超级电容充电器的充电端。还包括一用于控制所述LLC谐振电路工作状态的控制单元。还包括一与所述三相桥式整流电路的输出端连接的辅助电源，该辅助电源用于为所述控制单元供电。
所述控制单元还连接有LED显示模块、通讯模块。
如图2所示，所述BOOST升压电路包括第一开关管Q5、第一电感L1、第一二极管D1、第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1、第二电容C2，所述第一电感的一端与所述三相桥式整流电路的输出端的正端连接，第一电感的另一端经第一开关管与所述三相桥式整流电路的输出端的负端连接，第一电感的另一端还与第一二极管的阳极连接，第一二极管的阴极分别经串联连接的第一电阻和第二电阻以及串联连接的第一电容和第二电容连接至所述三相桥式整流电路的输出端的负端，所述第一电阻和第二电阻的连接中点与第一电容和第二电容的连接中点连接。BOOST升压电路还包括一用于检测电流的互感器T2A，检测结果是给控制单元作为控制用。
所述输出整流电路包括第二、第三二极管D2、D3、电解电容C4，所述第二二极管的阳极、第三二极管的阳极分别与所述变压器副边的两端连接，第二二极管的阴极、第三二极管的阴极相连接至电解电容的正极，电解电容的负极与变压器副边中心抽头连接，所述电解电容的正极、电解电容的负极分别作为所述输出整流电路输出端的正端、负端。
如图2所示，所述LLC谐振电路包括第二电感L2、第三电容C3、变压器T1B、第一、第二开关管组，所述第一开关管组包括串联连接的第二、第三开关管Q1、Q3，第二开关管组包括串联连接的第四、第五开关管Q2、Q4，第二开关管和第三开关管连接中点经第二电感与变压器原边一端连接，第四开关管和第五开关管连接中点经第三电容与变压器原边另一端连接。
如图3所示，传统的LLC采用变频方案：Q1和Q3的驱动信号为互补信号， Q2与Q3共用同一套驱动信号，Q1与Q4共用同一套驱动信号。如果需要控制输出整流端输出不同的电压或电流，应调节驱动信号的占空比，当要求输出的电压或电流非常低甚至是短路的情况下，这种控制方法需要工作在较高的开关频率下，开关损耗大且电流纹波较大。
为克服上述传统LLC变频方案存在的缺点，本申请提供了如图4所示的LLC定频方案。
Q1和Q3的驱动信号为互补信号，Q2和Q4的驱动信号为互补信号，Q2与Q3的驱动信号之间不同步、Q1与Q4的驱动信号之间不同步。根据输出整流端的输出电压或输出电流，能够调节驱动信号的同步程度（即Q1和Q4的驱动开通的重叠部分的大小）。
以上是本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本实用新型技术方案的范围时，均属于本实用新型的保护范围。

Claims (9)

1.一种适用于风电变桨系统的超级电容充电器，其特征在于：包括三相桥式整流电路、BOOST升压电路、LLC谐振电路、输出整流电路，所述三相桥式整流电路的输入端连接至三相交流电，所述三相桥式整流电路的输出端经所述BOOST升压电路、LLC谐振电路连接至输出整流电路的输入端，输出整流电路的输出端作为整个超级电容充电器的充电端。
2.根据权利要求1所述的一种适用于风电变桨系统的超级电容充电器，其特征在于：还包括一用于控制所述LLC谐振电路工作状态的控制单元。
3.根据权利要求2所述的一种适用于风电变桨系统的超级电容充电器，其特征在于：还包括一与所述三相桥式整流电路的输出端连接的辅助电源，该辅助电源用于为所述控制单元供电。
4.根据权利要求2所述的一种适用于风电变桨系统的超级电容充电器，其特征在于：所述控制单元还连接有LED显示模块、通讯模块。
5.根据权利要求1所述的一种适用于风电变桨系统的超级电容充电器，其特征在于：所述BOOST升压电路包括第一开关管、第一电感、第一二极管、第一电阻、第二电阻、第一电容、第二电容，所述第一电感的一端与所述三相桥式整流电路的输出端的正端连接，第一电感的另一端经第一开关管与所述三相桥式整流电路的输出端的负端连接，第一电感的另一端还与第一二极管的阳极连接，第一二极管的阴极分别经串联连接的第一电阻和第二电阻以及串联连接的第一电容和第二电容连接至所述三相桥式整流电路的输出端的负端，所述第一电阻和第二电阻的连接中点与第一电容和第二电容的连接中点连接。
6.根据权利要求1所述的一种适用于风电变桨系统的超级电容充电器，其特征在于：所述LLC谐振电路包括第二电感、第三电容、变压器、第一、第二开关管组，所述第一开关管组包括串联连接的第二、第三开关管，第二开关管组包括串联连接的第四、第五开关管，第二开关管和第三开关管连接中点经第二电感与变压器原边一端连接，第四开关管和第五开关管连接中点经第三电容与变压器原边另一端连接。
7.根据权利要求6所述的一种适用于风电变桨系统的超级电容充电器，其特征在于：所述输出整流电路包括第二、第三二极管、第四电容，所述第二二极管的阳极、第三二极管的阳极分别与所述变压器副边的两端连接，第二二极管的阴极、第三二极管的阴极相连接至第四电容的一端，第四电容的另一端与变压器副边中心抽头连接，所述第四电容的一端、另一端分别作为所述输出整流电路输出端的正端、负端。
8.根据权利要求6所述的一种适用于风电变桨系统的超级电容充电器，其特征在于：所述第二开关管、第三开关管的驱动信号为互补信号，第四开关管、第五开关管的驱动信号为互补信号，且第二开关管/第三开关管的驱动信号与第五开关管/第四开关管的驱动信号不同步。
9.根据权利要求8所述的一种适用于风电变桨系统的超级电容充电器，其特征在于：所述第二开关管/第三开关管的驱动信号与第五开关管/第四开关管的驱动信号的同步程度能够调整，即第二开关管/第三开关管与第五开关管/第四开关管的驱动信号同时开通的时间能够调整。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN107947588A (zh) * 2017-12-05 2018-04-20 南京航空航天大学 具有自然均压特性的isop系统及其控制方法
CN108233719A (zh) * 2018-02-01 2018-06-29 湖南意谱电动系统有限公司 一种能够适应宽输出电压范围的llc电路及控制方法

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