CN211018369U - 一种充电控制电路、电路板及充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种充电控制电路、电路板及充电装置，充电控制电路包括输出电压PI调节电路、运算电路、输出电流PI调节电路、中间电压PI调节电路和脉冲发生器，运算电路的两个输入端分别与输出电压PI调节电路的输出端和中间电压PI调节电路的输出端电连接，输出电压PI调节电路的输入端与输入电压设定装置的输出端连接，中间电压PI调节电路的输入端与中间电压设定装置的输出端连接，运算电路的输出端与输出电流PI调节电路的输入端电连接，输出电流PI调节电路的输出端与脉冲发生器的输入端电连接。本实用新型的技术方案能够抑制中间母线电压的震荡，维持中间母线电压平衡，进而保护充电电路中的元器件。

Description

一种充电控制电路、电路板及充电装置

技术领域

本实用新型涉及充电控制技术领域，尤其涉及一种充电控制电路、电路板及充电装置。

背景技术

目前，在使用车载充电机或充电桩等充电设备对新能源汽车的电池进行充电时，常采用如图1所示的充电电路，交流电源的输出端与整流电路的输入端电连接，整流电路的输出端通过电解电容与直流电压变换电路的输入端电连接，直流电压变换电路的输出端与充电电池电连接，整流电路将交流电源输出的交流电整流为直流电，并输出到电解电容两端的中间母线电压，然后直流电压变换电路对电压进行变换，为充电电池充电。

其中，整流电路和直流电压变换电路均由充电控制电路分别发出的可调占空比的PWM(Pulse width modulation，脉冲宽度调制)脉冲信号来驱动，整流电路常采用单相功率因数校正电路或三相PWM整流电路，目前常用的充电控制电路如图2所示，输出电压PI调节电路的输入端与输出电压设定装置的输出端连接，输出电压PI调节电路的输出端与输出电流PI调节电路的输入端电连接，输出电流PI调节电路的输出端与脉冲发生器的输入端电连接，先输出电压PI调节电路对充电电池两端的输出电压进行比例积分调节，再输出电流PI调节电路对充电电池两端的输出电流进行比例积分调节，通过双闭环PI调节输出的控制量控制脉冲发生器输出PWM驱动信号，驱动整流电路和直流电压变换电路工作。

但是，采用上述充电控制电路控制充电电路开始为充电电池充电时，由于交流电源处于恒流工作状态，输出的充电电流和功率较大，若此时充电电池处于欠压状态，较大的充电电流会拉低中间母线电压，造成中间母线电压急剧震荡，使得整流电路和直流电压变换电路的输入输出电流变大，进而烧毁充电电路中的元器件。

实用新型内容

针对上述现有技术的不足，本实用新型提供了一种充电控制电路、电路板及充电装置。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：

第一方面，本实用新型提供了一种充电控制电路，包括输出电压PI调节电路、运算电路、输出电流PI调节电路、中间电压PI调节电路和脉冲发生器，所述运算电路的两个输入端分别与所述输出电压PI调节电路的输出端和所述中间电压PI调节电路的输出端电连接，所述输出电压PI调节电路的输入端与输入电压设定装置的输出端连接，所述中间电压PI调节电路的输入端与中间电压设定装置的输出端连接，所述运算电路的输出端与所述输出电流PI调节电路的输入端电连接，所述输出电流PI调节电路的输出端与所述脉冲发生器的输入端电连接，其中，所述中间电压PI调节电路用于采集中间母线电压实际值，并根据所述中间母线电压实际值和中间母线电压设定值进行比例积分调节。

第二方面，本实用新型提供了一种电路板，所述电路板上安装有如上所述的充电控制电路。

第三方面，本实用新型提供了一种充电装置，所述充电装置包括如上所述的电路板。

本实用新型的充电控制电路、电路板及充电装置的有益效果是：输出电压PI调节电路对输出电压进行比例积分调节，调节后的输出值作为一个电流分量，中间电压PI调节电路对中间母线电压进行比例积分调节，调节后的输出值作为另一个电流分量，将两个电流分量结合作为最终的电流给定值，将电流给定值和输出电流结合通过输出电流PI调节电路进行比例积分调节，输出控制量来控制脉冲发生器输出驱动信号。本实用新型的技术方案中，将中间母线电压引入比例积分调节过程，能够抑制中间母线电压的震荡，维持中间母线电压平衡，进而保护充电电路中的元器件。

附图说明

图1为现有技术中的充电电路结构示意图；

图2为现有技术中的充电控制电路结构示意图；

图3为本实用新型实施例的一种充电控制电路的结构示意图；

图4为本实用新型实施例的第三PI调节器和运算电路的连接示意图；

图5为本实用新型实施例的中间电压采集电路的结构示意图；

图6为本实用新型实施例的充电控制原理示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

10、输出电压设定装置，20、输出电压PI调节电路，30、输出电流PI调节电路，40、脉冲发生器，50、运算电路，60、中间电压设定装置，70、中间电压PI调节电路，201、输出电压采集电路，202、第一PI调节器，301、输出电流采集电路，302、第二PI调节器，701、中间电压采集电路，702、第三PI调节器。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图3所示，本实用新型实施例提供的一种充电控制电路，包括输出电压PI调节电路20、运算电路50、输出电流PI调节电路30、中间电压PI调节电路70和脉冲发生器40，所述运算电路50的两个输入端分别与所述输出电压PI调节电路20的输出端和所述中间电压PI调节电路70的输出端电连接，所述输出电压PI调节电路20的输入端与输入电压设定装置的输出端连接，所述中间电压PI调节电路70的输入端与中间电压设定装置60的输出端连接，所述运算电路50的输出端与所述输出电流PI调节电路30的输入端电连接，所述输出电流PI调节电路30的输出端与所述脉冲发生器40的输入端电连接，其中，所述中间电压PI调节电路70用于采集中间母线电压实际值，并根据所述中间母线电压实际值和中间母线电压设定值进行比例积分调节。

本实施例中，输出电压PI调节电路20对输出电压进行比例积分调节，调节后的输出值作为一个电流分量，中间电压PI调节电路70对中间母线电压进行比例积分调节，调节后的输出值作为另一个电流分量，将两个电流分量结合作为最终的电流给定值，将电流给定值和输出电流结合通过输出电流PI调节电路30进行比例积分调节，输出控制量来控制脉冲发生器40输出驱动信号。本实用新型的技术方案中，将中间母线电压引入比例积分调节过程，能够抑制中间母线电压的震荡，维持中间母线电压平衡，进而保护充电电路中的元器件。

具体地，输入电压设定装置和中间电压设定装置60可为同一装置，例如BMS)Battery Management System，电池管理系统)装置，通过BMS装置可简单方便的设置输入电压设定值和中间电压设定值，输出电压PI调节电路20和中间电压PI调节电路70可通过CAN(Controller Area Network，控制器域网)网络与BMS装置连接，也可通过导线等与BMS装置电连接。

与现有技术中的充电控制电路一样，输出电压PI调节电路20包括输出电压采集电路201和第一PI调节器202，所述第一PI调节器202的两个输入端分别与所述输出电压采集电路201的输出端和所述输出电压设定装置10的输出端电连接，所述第一PI调节器202的输出端与运算电路50的输入端电连接，所述输出电压采集电路201用于采集充电电池两端的输出电压。

输出电流PI调节电路30输出电流采集电路301和第二PI调节器302，所述第二PI调节器302的两个输入端分别与所述输出电流采集电路301的输出端和所述运算电路50的输出端电连接，所述第二PI调节器302的输出端与脉冲发生器40的输入端电连接，所述输出电流采集电路301用于采集充电电池两端的输出电流。

优选地，所述中间电压PI调节电路70包括第三PI调节器702和中间电压采集电路701，所述第三PI调节器702用于根据所述中间母线电压实际值和所述中间母线电压设定值进行比例积分调节，所述第三PI调节器702的两个输入端分别与所述中间电压设定装置60的输出端和所述中间电压采集电路701的输出端电连接，所述第三PI调节器702的输出端与所述运算电路50的输入端电连接。

具体地，中间电压采集电路701用于采集电解电容C1两端的中间母线电压实际值，第三PI调节器702用于根据该中间母线电压实际值和中间母线电压设定值进行比例积分调节。

优选地，如图4所示，所述第三PI调节器702包括第一电阻，即图4中R1，第二电阻，即R2，第一运算放大器，及U1，和反馈电路，所述第一运算放大器U1的同相输入端通过所述第一电阻R1与所述中间电压设定装置60连接，所述第一运算放大器U1的反相输入端通过所述第二电阻R2与所述中间电压采集电路701的输出端电连接，所述第一运算放大器U1的输出端与所述运算电路50的输入端电连接，所述第一运算放大器U1的输出端还通过所述反馈电路连接至所述第一运算放大器U1的反相输入端。

具体地，中间电压PI调节电路70将中间母线电压引入进行PI调节，将调节得到的输出值作为电流分量，与输出电压经PI调节后得到的电流分量相结合，作为最后的电流给定值。

当出现充电电路输出电流或输出功率较大，拉低中间母线电压，导致中间母线电压大范围波动使得充电电路中输入输出电流增大时，中间母线电压经中间电压PI调节电路70调节后得到的输出量增大，并且该输出量为正值，因此相应的电流给定值变小，通过闭环控制，脉冲发生器40输出PWM驱动信号驱动整流电路和直流电压变换电路工作，使得充电电池两端的输出电流降低以趋近电流给定值，从而增大或稳定中间母线电压，抑制中间母线电压继续波动，进而避免损坏充电电路中的元器件。同理可推测出充电电路中输出电流或输出功率较小时的控制过程，通过闭环控制，充电控制电路能够反方向抑制中间母线电压的波动。

优选地，所述反馈电路包括串联的第三电阻和第二电容。

优选地，如图5所示，所述中间电压采集电路701包括第四电阻，即图5中R4，第五电阻，即R5，第六电阻，即R6，和第三电容，即C3，所述第四电阻R4的一端与充电电路中的电解电容C1的正极电连接，所述第四电阻R4的另一端与第六电阻R6的一端电连接，所述第四电阻R4的另一端还通过第五电阻R5接地，所述第六电阻R6的另一端通过所述第二电阻R2连接至所述第一运算放大器U1的反相输入端，所述第六电阻R6的另一端还通过第三电容C3接地。

具体地，根据预设的采样周期，中间电压采集电路701周期性的对中间母线电压进行采样，将采集的中间母线电压实际值引入比例积分调节。

优选地，如图4所示，所述运算电路50包括第二运算放大器，即图4中U2，第七电阻，即R7，第八电阻，即R8，和第九电阻，即R9，所述第二运算放大器U2的同相输入端通过所述第七电阻R7与所述输出电压PI调节电路20的输出端电连接，所述第二运算放大器U2的反相输入端通过所述第八电阻R8与所述第一运算放大器U1的输出端电连接，所述第二运算放大器U2的输出端与所述输出电流PI调节电路30的输入端电连接，所述第二运算放大器U2的输出端还通过第九电阻R9连接至所述第二运算放大器U2的反相输入端。

具体地，运算电路50用于对中间母线电压经PI调节后的输出量和输出电压经PI调节后的输出量进行运算，并将运算结果作为最终的输出电流设定值。

如图6所示，本实用新型实施例的充电控制电路的控制原理如下所示：

获取充电电路中的输出电压实际值、中间母线电压实际值和输出电流实际值。令输出电压设定装置10设定的输出电压设定值为

输出电压采集电路201采集的输出电压实际值为V_out，中间电压设定装置60设定的中间母线电压设定值为

中间电压采集电路701采集的中间母线电压实际值为V_bus，输出电流采集电路301采集的输出电流实际值为I_out。

当第k次进行电压电流采样，对充电电路进行控制时,根据该时刻的输出电压实际值V_out(k)和输出电压设定值

采用第一公式确定第一电压差V_err(k)，第一公式为：

根据该时刻的中间母线电压实际值V_bus(k)和中间母线电压设定值

采用第二公式确定第二电压差

第二公式为：

根据第一电压差V_err(k)，采用第三公式进行比例调节获得第一比例调节电流值

第三公式为：

其中，k_pv是第一PI调节器202的比例常数。

根据第一电压差V_err(k)，采用第四公式进行积分调节获得第一积分调节电流值

第四公式为：

其中，k_iv是第一PI调节器202的积分常数，T_s是采样周期。

根据第一比例调节电流值

和第一积分调节电流值

采用第五公式确定第一电流值

第五公式为：

根据第二电压差

采用第六公式进行比例调节获得第二比例调节电流值

第六公式为：

其中，k_pb为第三PI调节器702的比例常数。

根据第二电压差

还采用第七公式进行积分调节获得第二积分调节电流值

第七公式为：

其中，k_ib为第三PI调节器702的积分常数，T_s为采样周期。

根据第二比例调节电流值

和第二积分调节电流值

采用第八公式确定第二电流值

第八公式为：

第三PI调节器702的输出端以负反馈的方式连接到第一PI调节器202的输出端，则根据第一电流值

和第二电流值

采用第九公式确定电流设定值

第九公式为：

根据电流设定值

和输出电流实际值I_out(k)，采用第十公式确定电流差I_err(k)，第十公式为：

根据电流差I_err(k)，采用第十一公式进行比例调节获得比例分量Duty_p(k)，第十一公式为：

Duty_p(k)＝k_pi·I_err(k)，

其中，k_pi为第二PI调节器302的比例常数。

根据电流差I_err(k)，采用第十二公式进行积分调节获得积分分量Duty_I(k)，第十二公式为：

Duty_I(k)＝k_ii·I_err(k)·T_s+Duty_I(k-1)，

其中，k_ii为第二PI调节器302的积分常数，T_s为采样周期。

根据比例分量Duty_p(k)和积分分量Duty_I(k)，采用第十三公式确定控制量Duty(k)，第十三公式为：

Duty(k)＝Duty_P(k)+Duty_I(k)。

以控制量Duty(k)作为PWM驱动信号的占空比，控制脉冲发生器40输出对应的PWM驱动信号。

本实用新型另一实施例提供的一种电路板上安装有如上所述的充电控制电路。

本实用新型另一实施例提供的一种充电装置包括如上所述的电路板。该充电装置可为车载充电机和充电桩等。

需要理解的是，在本说明书的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种充电控制电路，其特征在于，包括输出电压PI调节电路、运算电路、输出电流PI调节电路、中间电压PI调节电路和脉冲发生器，所述运算电路的两个输入端分别与所述输出电压PI调节电路的输出端和所述中间电压PI调节电路的输出端电连接，所述输出电压PI调节电路的输入端与输入电压设定装置的输出端连接，所述中间电压PI调节电路的输入端与中间电压设定装置的输出端连接，所述运算电路的输出端与所述输出电流PI调节电路的输入端电连接，所述输出电流PI调节电路的输出端与所述脉冲发生器的输入端电连接，其中，所述中间电压PI调节电路用于采集中间母线电压实际值，并根据所述中间母线电压实际值和中间母线电压设定值进行比例积分调节。

2.根据权利要求1所述的充电控制电路，其特征在于，所述中间电压PI调节电路包括第三PI调节器和中间电压采集电路，所述第三PI调节器用于根据所述中间母线电压实际值和所述中间母线电压设定值进行比例积分调节，所述第三PI调节器的两个输入端分别与所述中间电压设定装置的输出端和所述中间电压采集电路的输出端电连接，所述第三PI调节器的输出端与所述运算电路的输入端电连接。

3.根据权利要求2所述的充电控制电路，其特征在于，所述第三PI调节器包括第一电阻、第二电阻、第一运算放大器和反馈电路，所述第一运算放大器的同相输入端通过所述第一电阻与所述中间电压设定装置的输出端连接，所述第一运算放大器的反相输入端通过所述第二电阻与所述中间电压采集电路的输出端电连接，所述第一运算放大器的输出端与所述运算电路的输入端电连接，所述第一运算放大器的输出端还通过所述反馈电路连接至所述第一运算放大器的反相输入端。

4.根据权利要求3所述的充电控制电路，其特征在于，所述反馈电路包括串联的第三电阻和第二电容。

5.根据权利要求3所述的充电控制电路，其特征在于，所述中间电压采集电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻和第三电容，所述第四电阻的一端与充电电路中的电解电容的正极电连接，所述第四电阻的另一端与第六电阻的一端电连接，所述第四电阻的另一端还通过第五电阻接地，所述第六电阻的另一端通过所述第二电阻连接至所述第一运算放大器的反相输入端，所述第六电阻的另一端还通过第三电容接地。

6.根据权利要求5所述的充电控制电路，其特征在于，所述运算电路包括第二运算放大器、第七电阻、第八电阻和第九电阻，所述第二运算放大器的同相输入端通过所述第七电阻与所述输出电压PI调节电路的输出端电连接，所述第二运算放大器的反相输入端通过所述第八电阻与所述第一运算放大器的输出端电连接，所述第二运算放大器的输出端与所述输出电流PI调节电路的输入端电连接，所述第二运算放大器的输出端还通过第九电阻连接至所述第二运算放大器的反相输入端。

7.一种电路板，其特征在于，所述电路板上安装有如权利要求1至6任一项所述的充电控制电路。

8.一种充电装置，其特征在于，包括如权利要求7所述的电路板。

Images