[发明专利]一种化成分容用电源的拓扑结构和控制方法

说明书

本发明涉及电力电子系统控制领域，尤其涉及一种化成分容用电源的拓扑结构和控制方法。本发明为一种化成分容用电源的拓扑结构，包括三相AC/DC整流器、LLC谐振变换器，三相AC/DC整流器输出侧的稳压电容C_d与LLC谐振变换器并联，LLC谐振变换器输出侧的稳压电容C₀与负载电池E并联，所述LLC谐振变换器具有能量双向流动且自动切换，在开关频率不高于谐振频率时，电压增益恒定的特性；以及一种化成分容用电源的控制方法，以LLC谐振变换器的输出压V₀为外环，以三相AC/DC整流器的输入电流为内环；实现能量的双向流动且自动切换。

技术领域

本发明涉及电力电子系统控制技术领域，尤其涉及一种化成分容用电源的拓扑结构和控制方法。

背景技术

化成分容是电池在出厂前最后一道非常重要的工序，即通过对电池进行一系列的充放电，使得电池中活性物质的电化学性能得到改善和加强。与国外化成分容设备相比，目前市面上使用的化成设备大多化成功能比较单一，仅有恒流充电、恒压充电、恒流放电三种简单方式。化成分容电源为交流输入、直流输出(AC/DC)设备。传统的化成电源设备，大多为单向功率流，即只能由化成分容电源往电池充电或电池通过化成分容电源放电，不能在线实现化成分容电源的能量流向切换。虽然近些年来，一些化成分容电源可以实现能量流向的切换，但需要专门检测输出电压，与输出电压参考值比较，并通过控制算法判断能量流向，以选择对应的系统控制方案。为了防止出现能量流向的频繁切换，往往需要设置死区，这会造成能量流向切换时输出电压发生较大波动，延长系统暂态调节时间。此外，由于化成分容电容通常用于低压、大电流的场合，选择的器件耐压等级低，所以输出电压最高允许值较低，设置的电压死区阈值很低，会使得能量流向切换在实际实现时控制算法很复杂，而且如果发生能量流向切换失败，会造成输出电压突变，甚至可能超出最高允许值而发生化成电源损坏等严重后果。

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本发明提供一种化成分容用电源的拓扑结构和控制方法，能实现能量的双向流动且自动切换。

(二)技术方案

基于上述的技术问题，本发明提供一种化成分容用电源的拓扑结构，其特征在于，所述电源包括三相AC/DC整流器、LLC谐振变换器，三相AC/DC整流器输出侧的稳压电容C_d与LLC谐振变换器并联，LLC谐振变换器输出侧的稳压电容C₀与负载电池E并联，所述LLC谐振变换器具有能量双向流动且自动切换，在开关频率不高于谐振频率时，电压增益恒定的特性；所述能量双向流动且自动切换即电池E的电压低于LLC谐振变换器的参考电压V₀^*时，能量正向流动，电池E充电；电池E的电压高于LLC谐振变换器的参考电压V₀^*时，能量反向流动，电池E反馈能量。

进一步的，所述LLC谐振变换器包括主电路和控制电路，所述主电路包含一个谐振电路、两个开关电路、一个变压器和两个端口；变压器原边包括由谐振电感L_r、谐振电容C_r1和C_r2及其反向并联的辅助二极管组成的谐振电路，由开关管S₁和S₂组成的开关电路；变压器的副边包括由开关管Q₁、Q₂、Q₃、Q₄组成的开关电路；第一端口并联稳压电容C_d，第二端口并联稳压电容C₀；