[发明专利]一种基于全数字控制的高功率密度充电模块及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于全数字控制的高功率密度充电模块及方法。

背景技术

随着电动汽车的推广，充电模块应用的环境和场合也拓宽，充电模块采用数字控制可以实现高精度的控制以及便于调试修改控制策略以适应不同应用场合，控制方式更加灵活，省去了拆装机壳修改模块内部硬件的麻烦。为了实现高功率密度输出，充电模块采用前后两级串联结构，前级实现有源功率因数校正功能，后级实现恒压或恒流或恒功率输出。前级和后级主控均采用DSP数字控制。采用数字控制，通过can通讯技术可以方便灵活的对DSP内部的控制算法进行灵活的更改，这样大大节约的调试时间和人工成本，如果采用硬件控制，在调试过程和现场应用过程中还需要打开机壳更改硬件，这样太麻烦，不便于维护。同时在本发明中前后两级采用的数字控制方法可以更好的实现现有应用场合对充电模块的要求。

发明内容

本发明为了解决上述问题，提出了一种基于全数字控制的高功率密度充电模块及方法，本发明可以减小充电模块的体积，在输出功率等级不变的前提下，通过优化主电路拓扑参数，控制策略等手段实现充电模块的小型化高功率密度，达到实现减小单机充电模块的体积，从而使整个充电系统装置的体积缩小，减小硬件成本和工程调试时的劳动力，轻便也便于维护。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于全数字控制的高功率密度充电模块，包括依次串联的输入EMC滤波电路、三相维也纳PFC电路、三电平LLC直流变换器电路、高频整流电路、输出EMC电路、输出防反接及防倒灌电路，将输入的三相交流电转化成直流电，所述输入EMC滤波电路输出的交流电压、电流信号通过前级数字电路、后级数字电路与监控模块连接，所述后级数字电路采集高频整流电路输出的直流电压和电流信号，所述前级数字电路和后级数字电路通信；

所述前级数字电路对三相维也纳PFC电路进行控制，使三相维也纳PFC电路具有有源功率因数校正功能、为三电平LLC直流变换器提供高压直流母线，所述后级数字电路对三电平LLC直流变换器进行控制，根据输出的电流信号与给定值进行比较后进行PI运算的结果，进而调节三电平LLC直流变换器电路开关管的pwm驱动脉冲的频率和占空比，使充电模块恒压恒流或者恒功率输出。

所述前级数字电路连接有第一辅助电源电路，所述第一辅助电源电路对外产生辅助电源，同时连接第二辅助电源电路，为其提供输入电压，所述第二辅助电源电路连接后级数字电路。

所述三相维也纳PFC电路连接有保护电路，所述前级数字电路检测到保护电路送来的直流母线的过压过流信号时会自动封锁PWM驱动脉冲实现保护三相维也纳PFC电路的目的。

所述输出防反接及防倒灌电路与受控开关S连接后再与电动汽车电池电路连接，使充电电流始终是由充电模块流向电池方向。

所述后级数字电路连接三电平LLC直流变换器，且所述三电平LLC直流变换器连接有第二保护电路，后级数字电路检测到第二保护电路送来的输出过压过流信号时自动封锁PWM驱动脉冲以保护三电平LLC直流变换器。

所述前级数字电路和后级数字电路通过通讯电路将前后两级的变量参数和报警信息进行信息交互。

基于上述充电模块的控制方法，对三相维也纳PFC电路进行直流母线电压外环和交流电流内环的双环控制，对三电平LLC直流变换器进行电压环和电流环的pi控制运算，同时将电压环和电流环的运算结果进行实时比较，判断较大的值，利用其控制方式来驱动三电平LLC直流变换器，使充电模块处于恒压充电或恒流充电状态。

对三相维也纳PFC电路的具体控制方法为：电压给定信号与通过与母线电压的采样值进行比较后送入电压外环pi控制器得到计算量A，通过对交流输入电压采样，前级数字电路分别计算出交流有效值的平方C和电压全波整流值B，其中B含有正负母线不平衡系数，将A乘以B再除以C后得到计算值Ir即电流内环的给定值，然后Ir再与采样电流值If比较运算后，再进行电流内环pi控制运算限幅后进行PWM驱动发波，最终通过PWM驱动信号控制主开关管的开通，实现系统电压的稳定。

三电平LLC直流变换器的电压环控制为电压内环给定值与采样得到的输出电压信号进行比较后进行电压环pi控制运算，运算结果经过频率和占空比限幅后，送入后级数字电路内部的PWM生成器，发出PWM驱动脉冲信号，实现充电模块的恒压控制。