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CN107742917B - 带升降压功能的电动汽车大功率充电桩的三相pfc整流装置及控制方法 - Google Patents

带升降压功能的电动汽车大功率充电桩的三相pfc整流装置及控制方法 Download PDF

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CN107742917B
CN107742917B CN201710898931.1A CN201710898931A CN107742917B CN 107742917 B CN107742917 B CN 107742917B CN 201710898931 A CN201710898931 A CN 201710898931A CN 107742917 B CN107742917 B CN 107742917B
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Wuhan Hongyan New Energy Technology Co.,Ltd.
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Wuhan University of Technology WUT
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Abstract

本发明涉及一种带升降压功能的电动汽车大功率充电桩的三相PFC整流装置及控制方法，该装置包括整流模块、升降压模块、采样模块、硬件电压电流检测模块、比较器模块、DSP处理器模块、带保护的开关管驱动模块；其中：三相电网电压通过引脚输出端UA、UB、UC与整流模块相连，整流模块与升降压模块构成三相八开关Buck‑Boost整流器。本发明采用三相八开关Buck‑Boost整流器作为电路的主拓扑，采用双闭环控制，使其输入电流接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因数近似为1，结构简单，体积小，网侧功率因数高，充电效率高，直流侧接Buck‑Boost型拓扑，可以根据输出端电动汽车的类型，灵活的调整输出电压，满足对输出电压的不同需求，能对不同类型的电动汽车进行快速充电。

Description

带升降压功能的电动汽车大功率充电桩的三相PFC整流装置 及控制方法
技术领域
本发明涉及电动汽车电池充电技术领域，尤其涉及一种带升降压功能的电动汽车大功率充电桩的三相PFC整流装置及控制方法。
技术背景
随着人类的发展，人们不得不重视日益突出的能源与环境问题，而电动汽车以电能为动力，既可以解决燃油汽车尾气排放的污染问题，又可以减少对化石能源的消耗。因而逐渐受到青睐，现在我国电动汽车数量仅占总体汽车数量的0.2％，有很大的发展前景，而方便快捷的充电设施能极大的促进电动汽车的普及和推广。
目前电动汽车的充电设施根据应用场合可以大致分为四类：(1)车载应急充电(2)家庭或公共场所充电(3)充电桩充电(4)充电站充电。车载应急充电通常是结构简单、控制方便的接触式充电器，也可以是感应充电器。它完全按照车载充电器的种类进行设计，完针对性较强。而其他三类则可以被统称为非车载充电，即地面充电，非车载充电装置相当于汽车加油站，应当能对任何一种需要充电的电动汽车进行充电。根据充电电压又可以将充电设施分为交流充电和直流充电。直流充电相对于交流充电，直流充电效率高，未来也会成为公共充电设施的首选。但这种充电方式对设备和安全性的要求更高，现在看来争议更多。相比较而言，直流充电的标准制定则相对复杂。直流充电上，距离标准化的问题更多，这涉及到高压充电的问题。
高功率的直流充电桩因为充电效率高、充电时间短，具有很大的发展前景。尽管高功率的直流充电桩随着电力电子技术的发展，其整流装置和控制方法有了长足的发展，但仍有不少问题还需要进一步的解决。比如传统的高功率直流充电桩存在以下缺陷:
(1)体积过大，传统直流充电桩通过变压器或者全桥DC/DC电路调整输出电压，结构笨重，体积大，成本高。
(2)无法灵活的调整输出电压，电动小汽车的充电电压一般为300V～400V，而电动公交车的充电电压一般为600V以上，传统的直流充电桩无法同时对不同类型的电动汽车进行充电服务，降低了直流充电桩的利用率，不利于电动汽车的推广，减少了直流充电桩的经济性。
(3)充电效率低，传统的直流充电桩输入端谐波电流十分丰富，网侧功率因数低，对电网污染大，不能满足电磁兼容，使得充电效率大大降低。
发明内容
本发明的主要目的在于针对现有技术中体积过大、无法灵活调整输出电压、充电效率低的缺陷，提供一种带升降压功能的电动汽车大功率充电桩的三相PFC整流装置及控制方法，以克服上述现有技术的不足。本发明一种升降压一体的电动汽车高功率充电桩的三相PFC整流系统采用三相八开关Buck-Boost整流器作为电路的主拓扑，采用双闭环控制，使其输入电流接近正弦波，且和输入电压同相位，功率因数近似为1，结构简单，体积小，网侧功率因数高，充电效率高，直流侧接Buck-Boost型拓扑，可以根据输出端电动汽车的类型，灵活的调整输出电压，满足对输出电压的不同需求，能对不同类型的电动汽车进行快速充电。
为实现上述目的，本发明提供一种带升降压功能的电动汽车大功率充电桩的三相PFC整流装置，该装置包括整流模块、升降压模块、采样模块、硬件电压电流检测模块、比较器模块、DSP处理器模块、带保护的开关管驱动模块；其中：三相电网电压通过引脚输出端UA、UB、UC与整流模块相连，整流模块与升降压模块构成三相八开关Buck-Boost整流器，其电路结构是：
第一电感Lf1的一端连接三相整流器的第一输入口a，第二电感Lf2的一端连接三相整流器的第二输入口b，第三电感Lf3的一端连接三相整流器的第三输入口c；
第一电容Cf1与第一电感Lf1构成第一输入口a的低通滤波器，第二电容Cf2与第二电感Lf2构成第二输入口b的低通滤波器，第三电容Cf3与第三电感Lf3构成第三输入口c的低通滤波器；第一电感Lf1的另一端与第一二极管的阳极、第四二极管的阴极连接，第二电感Lf2的另一端与第二二极管的阳极、第五二极管的阴极连接，第三电感Lf3的另一端与第三二极管的阳极、第六二极管的阴极连接；
第一电感Lf1与开关管Sap的源极、开关管San的漏极相连，第二电感Lf2与开关管Sbp的源极、开关管Sbn的漏极相连，第三电感Lf3与开关管Scp的源极、开关管Scn的漏极相连；开关管Sp的漏极与第一二极管、第二二极管、第三二极管的阴极相连，开关管Sp的源极与第七二极管、第八二极管、第九二极管的阴极相连；开关管Sn的源极与第四二极管、第五二极管、第六二极管的阳极相连，开关管Sn的漏极与第十二极管、第十一二极管、第十二二极管的阳极相连；
电感L1一端与第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十三二极管的阴极以及开关管Sp的源极相连，一端与开关管Sn的漏极，第十二极管、第十一二极管、第十二二极管的阳极以及电容C1相连；电容C1连接着输出端；电容C1和放电电阻R1、开关K1构成放电回路。
采用本发明三相PFC整流装置对电动汽车高功率直流充电桩采用恒流恒压充电，第一阶段以恒定电流充电；当电压达到预定值时转入第二阶段进行恒压充电。当输出端出现过压、欠压、过流、过温时，DSP处理器模块即刻将占空比置零，带保护的开关管驱动模块即刻输出负压驱动信号，关断八个开关管，三相Buck-Boost整流器停止工作，同时控制开关K1闭合，通过C1、R1构成的放电回路对电容C1进行放电。
此外，本发明提供一种通过上述带升降压功能的电动汽车充电桩三相PFC整流装置的控制方法，具体控制步骤包括：
S1、DSP处理器模块判断是否需要进行预充电，若需要则转步骤S2，若不需要则直接转步骤S3；
S2、DSP处理器模块输出八路PWM波，使Sp、Sn导通，Sap、San、Sbp、Sbn、Scp、Scn断开，通过整流模块进行不控整流，对输出电容C1进行预充电，达到设定值则进入步骤S4；
S3、采样模块将交流侧采集的电压、电流输入到DSP处理器模块中；
S4、DSP处理器模块将交流侧采集的交流侧电压值和电流值，进行三相静止坐标系/两相旋转坐标系的运算，并通过数字锁相环功能得到电网电压角频率ω(k)和相位θ(k)；
S5，进行恒流充电模式；
S5.1，在恒流控制模式下，比较器模块对输出电流Iout和参考电流Iref运算，得到输出值E2，通过输入端I-14输入到DSP处理器模块中；
S5.2，通过空间矢量脉宽调制，计算得出占空比，生成八路PWM波；
S5.3，将八路PWM波输入带保护的开关管驱动模块中，产生八路驱动信号，作用于三相八开关Buck-Boost整流器开关管的通断，进行恒流模式充电；
S5.4，将输出端电压、电流输入到硬件电压电流检测模块，判断此时的工作模式，并将判断结果输入到比较器模块中，当检测到输出端电压达到预定值，系统转入第二阶段进行恒压充电；
S6、进行恒压充电模式；
S6.1、在恒压控制模式下，比较器模块对输出电压Uout和参考电压Uref运算，得到输出值E1，通过输入端I-15输入到DSP处理器模块中；
S6.2、通过空间矢量脉宽调制，计算得出占空比，生成八路PWM波；
S6.3、将八路PWM波输入带保护的开关管驱动模块中，产生八路驱动信号，作用于三相八开关Buck-Boost整流器开关管的通断，进行恒压模式充电；
S6.4、DSP处理器模块判断是否结束工作,当需要装置继续工作时，转步骤S5.3；当结束工作时，则进入下一步；
S6.5、DSP处理器模块将占空比置零，带保护的开关管驱动模块即刻输出负压驱动信号，关断八个开关管，三相Buck-Boost整流器停止工作，同时控制开关K1闭合，通过C1、R1构成的放电回路对电容C1进行放电。
相较于现有技术，本发明具有以下优点：
1、对传统三相Buck-Boost整流器进行了改进，通过开关电源的技术，对八个开关管进行控制，有效的减少了开关管的功率损耗，功率因数高；
2、采用具有低正向导通压降和低反向漏电流的半导体二极管，减少了开关管的损耗；
3、结构简单，体积小，使用操作便捷，充电效率高，谐波干扰小，工作稳定性和可靠性高，实用性强，便于推广使用；
4、输出端采用Buck-Boost拓扑结构可以实现输出直流电压灵活的升压和降压输出，满足大范围的汽车充电电压，可对不同类型的电动汽车进行快速充电，提高了充电桩的利用率，大大提升了充电桩的经济性。
附图说明
图1为本发明带升降压功能的电动汽车大功率充电桩的三相PFC整流装置的结构示意图。
图2为本发明三相PFC整流装置的控制方法流程图。
图中，100-整流模块、110-升降压模块、120-采样模块、130-硬件电压电流检测模块、140-比较器模块、150-DSP处理器模块、160-带保护的开关管驱动模块。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明：
如图1所示，本发明实施例的一种带升降压功能的电动汽车高功率充电桩的三相PFC整流系统，包括整流模块100、升降压模块110、采样模块120、硬件电压电流检测模块130、比较器模块140、DSP处理器模块150、带保护的开关管驱动模块160。
在本实施例中，该装置的输出功率可达66KW，三相交流电压380V，频率50HZ采用恒流恒压充电，第一阶段以恒定电流充电；当电压达到预定值时转入第二阶段进行恒压充电，此时电流逐渐减小；当充电电流达到下降到零时，蓄电池完全充满。
在本实施例中，三相电网电压通过引脚输出端UA、UB、UC与三相Buck-Boost整流器相连，三相Buck-Boost整流器的电路结构是：
第一电感Lf1的一端连接三相整流器的第一输入口a，第二电感Lf2的一端连接三相整流器的第二输入口b，第三电感Lf3的一端连接三相整流器的第三输入口c；
第一电容Cf1与第一电感Lf1构成第一输入口a的低通滤波器，第二电容Cf2与第二电感Lf2构成第二输入口b的低通滤波器，第三电容Cf3与第三电感Lf3构成第三输入口c的低通滤波器；
第一电感Lf1的另一端与第一二极管的阳极、第四二极管的阴极连接，第二电感Lf2的另一端与第二二极管的阳极、第五二极管的阴极连接，第三电感Lf3的另一端与第三二极管的阳极、第六二极管的阴极连接；第一电感Lf1与开关管Sap的源极、开关管San的漏极相连，第二电感Lf2与开关管Sbp的源极、开关管Sbn的漏极相连，第三电感Lf3与开关管Scp的源极、开关管Scn的漏极相连；
开关管Sp的漏极与第一二极管、第二二极管、第三二极管的阴极相连，开关管Sp的源极与第七二极管、第八二极管、第九二极管的阴极相连。开关管Sn的源极与第四二极管、第五二极管、第六二极管的阳极相连，开关管Sn的漏极与第十二极管、第十一二极管、第十二二极管的阳极相连；
电感L1一端与第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十三二极管的阴极以及开关管Sp的源极相连，一端与开关管Sn的漏极，第十二极管、第十一二极管、第十二二极管的阳极以及电容C1相连；电容C1连接着输出端，电容C1和放电电阻R1、开关K1构成放电回路。
在本实施例中，第一电感Lf1的另一端还分别连接有第一电压检测器和第一电流检测器，第二电感Lf2的另一端还分别连接有第二电压检测器和第二电流检测器，第三电感Lf3的另一端还分别连接有第三电压检测器和第三电流检测器；第一、第二、第三电压检测器分别检测的电压值UA、UB、UC和第一、第二、第三电流检测器检测电流值IA、IB、IC分别通过采样模块120的输入端I-1、I-2、I-3、I-4、I-5、I-6输入到采样模块，采样模块的输出采样值UA(k)、UB(k)、UC(k)、IA(k)、IB(k)、IC(k)分别通过输出端O-1、O-2、O-3、O-4、O-5、O-6通过DSP处理器的输入端I-7、I-8、I-9、I-10、I-11、I-12输入到DSP处理器模块，通过DSP处理器进行三相静止坐标系/两相旋转坐标系的运算，并通过数字锁相环功能得到电网电压角频率ω(k)和相位θ(k)，输出端电流、输出端电压、参考电流、参考电压分别通过比较器模块的输入端I-20、I-21、I-22、I-23输入到比较器模块120中，输出端电流、输出端电压通过输入端I-18、I-19分别输入到硬件电压电流检测模块130中，将电压电流检测结果J1通过输入端I-16输入到DSP处理器模块150中，当出现过压、欠压、过流的情况时，DSP处理器模块即刻将占空比置零，带保护的开关管驱动模块即刻输出负压驱动信号，关断八个开关管，三相Buck-Boost整流器停止工作，同时控制开关K1闭合，通过C1、R1构成的放电回路对电容C1进行放电。
在本实施例中，温度检测通过输入端I-17输入到DSP处理器模块150中，当检测到温度过高时，DSP处理器模块通过输出端O-7控制散热风扇开始工作，同时DSP处理器模块即刻将占空比置零，带保护的开关管驱动模块即刻输出负压驱动信号，关断八个开关管，三相Buck-Boost整流器停止工作，同时控制开关K1闭合，通过C1、R1构成的放电回路对电容C1进行放电。
在本实施例中，硬件电压电流检测模块130通过输入端I-24输入信号到比较器模块140，切换比器模块140的工作状态为恒压控制模式或者恒流控制模式。在恒压控制模式下，比较器模块120对输出电压Uout和参考电压Uref运算，得到输出值E1，通过输入端I-15输入到DSP处理器模块150中。在恒流控制模式下，比较器模块120对输出电流Iout和参考电流Iref运算，得到输出值E2，通过输入端I-14输入到DSP处理器模块150中。当输出电容C1的电压等级达到设定值且无过压、欠压、过流、过温时在DSP处理器模块中，根据输入到DSP处理器模块的数据，通过空间矢量脉宽调制算法，计算得出PWM调制波的占空比，生成八路选通脉冲Gpwm1、Gpwm2、Gpwm3、Gpwm4、Gpwm5、Gpwm6、Gpwm7、Gpwm8，通过输出端口O-11、O-12、O-13、O-14、O-15、O-16、O-17、O-18，输入到带保护的开关管模块160，产生八路驱动信号，通过输出端G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7、G8分别作用在开关管SP、Sn、Sap、San、Sbp、Sbn、Scp、Scn，控制其导通或关断的时间，达到整流调压的目的。
通过上述带升降压功能的电动汽车充电桩三相PFC整流装置的具体控制步骤包括：
步骤S100，开始；
步骤S110，三相PFC整流系统各个模块进行初始化；
步骤S120，输出端电压检测装置检测充电电动汽车的电压值；
步骤S130，DSP处理器模块150判断是否需要进行预充电，若需要则转步骤S140，若不需要则直接转步骤S150；
步骤S140，DSP处理器模块150输出八路PWM波，使Sp、Sn导通，Sap、San、Sbp、Sbn、Scp、Scn断开，通过整流模块100进行不控整流，对输出电容C1进行预充电，达到设定值则接步骤S150；
步骤S150，采样模块120将交流侧采集的电压、电流输入到DSP处理器模块150中；
步骤S160，DSP处理器模块150将交流侧采集的交流侧电压值和电流值，进行三相静止坐标系/两相旋转坐标系的运算，并通过数字锁相环功能得到电网电压角频率ω(k)和相位θ(k)；
步骤S170，进行恒流充电模式；
步骤S180，在恒流控制模式下，比较器模块120对输出电流Iout和参考电流Iref运算，得到输出值E2，通过输入端I-14输入到DSP处理器模块150中；
步骤S190，通过空间矢量脉宽调制，计算得出占空比，生成八路PWM波；
步骤S200，将八路PWM波输入带保护的开关管驱动模块160中，产生八路驱动信号，作用于三相八开关Buck-Boost整流器开关管的通断，进行恒流模式充电；
步骤S210，将输出端电压、电流输入到硬件电压电流检测模块130，判断此时的工作模式，并将判断结果输入到比较器模块140中，当检测到输出端电压达到预定值，系统转入第二阶段进行恒压充电；
步骤S220，进行恒压充电模式；
步骤S230，在恒压控制模式下，比较器模块120对输出电压Uout和参考电压Uref运算，得到输出值E1，通过输入端I-15输入到DSP处理器模块150中；
步骤S240，通过空间矢量脉宽调制，计算得出占空比，生成八路PWM波；
步骤S250，将八路PWM波输入带保护的开关管驱动模块160中，产生八路驱动信号，作用于三相八开关Buck-Boost整流器开关管的通断，进行恒压模式充电；
步骤S260，DSP处理器模块150判断是否结束工作,当需要装置继续工作时，转步骤S220；
步骤S270，DSP处理器模块150将占空比置零，带保护的开关管驱动模块即刻输出负压驱动信号，关断八个开关管，三相Buck-Boost整流器停止工作，同时控制开关K1闭合，通过C1、R1构成的放电回路对电容C1进行放电；
步骤S280，结束。
以下结合实施例具体讲述本发明技术方案。
以给北汽EV电动汽车充电为例，按上述控制步骤进行如下操作：
首先对高功率直流充电桩程序的各个模块初始化；
进一步地，检测需要输出的负载电压为320V,将其设为参考电压输入到DSP处理器中，输出功率为16KW,根据输出电压和输出功率得到参考输出电流为50A，输入DSP处理器中；
进一步地，DSP处理器判断系统充电不需要进行预充电；
进一步地，通过采样模块将交流侧电压、电流输入到DSP处理器中，同时将整流器直流侧的直流电压和电流输入DSP处理器中，进行三相静止坐标系/两相旋转坐标系的运算，并通过数字锁相环功能得到电网电压角频率ω(k)和相位θ(k)；
进一步地，将输出端电压、电流输入到硬件电压电流检测模块中，系统采用恒流恒压充电，第一阶段以恒定电流50A充电，同时将输出端电压、输出端电流、参考电压、参考电流输入到比较器模块中，通过比较器模块计算，将比较结果输入到DSP处理器，检测输出电容C1的电压等级达到设定值且无过压、欠压、过流、过温时在DSP处理器模块中，根据输入到DSP处理器模块的数据，经过处理计算，通过空间矢量脉宽调制算法，计算得出占空比，生成八路PWM波输入到带保护的开关管驱动模块，产生八路驱动信号，作用三相八开关Buck-Boost整流器开关管的通断，进行恒流模式充电；
进一步地，当检测到输出端电压达到预定值320V时转入第二阶段进行恒压充电，此时电流逐渐减小，同时将输出端电压、输出端电流、参考电压、参考电流输入到比较器模块中，通过比较器模块计算，将比较结果输入到DSP处理器，检测输出电容C1的电压等级达到设定值且无过压、欠压、过流、过温时在DSP处理器模块中，根据输入到DSP处理器模块的数据，经过处理计算，通过空间矢量脉宽调制算法，计算得出占空比，生成八路PWM波输入到带保护的开关管驱动模块，产生八路驱动信号，作用三相八开关Buck-Boost整流器开关管的通断，进行恒压模式充电；
进一步地，DSP处理器模块判断是否结束工作,当需要继续工作时，重复以上步骤，当充电完成时，DSP处理器模块将占空比置零，带保护的开关管驱动模块即刻输出负压驱动信号，关断八个开关管，三相Buck-Boost整流器停止工作，同时控制开关K1闭合，通过C1、R1构成的放电回路对电容C1进行放电；
充电结束。

Claims (7)

1.一种带升降压功能的电动汽车大功率充电桩的三相PFC整流装置，其特征在于，包括整流模块、升降压模块、采样模块、硬件电压电流检测模块、比较器模块、DSP处理器模块、带保护的开关管驱动模块，它们的连接关系为：整流模块左端与三相电网相连，右端与升降压模块相连；升降压模块左端与整流模块相连，右端与负载相连；采样模块采集整流模块中电流电压，传送到DSP处理模块；硬件电压电流检测模块采集升降压模块中电流电压，传送到比较器模块和DSP处理器模块；比较器模块根据采集到的升降压模块中电流电压和给定的电流电压值比较，将比较结果传送到DSP处理器模块；其中：三相电网电压通过引脚输出端UA、UB、UC与整流模块相连，整流模块与升降压模块构成三相八开关Buck-Boost整流器，整流模块的电路结构是：
第一电感Lf1的左端连接三相整流器的第一输入口a，第二电感Lf2的左端连接三相整流器的第二输入口b，第三电感Lf3的左端连接三相整流器的第三输入口c；
第一电容Cf1与第一电感Lf1构成第一输入口a的低通滤波器，第二电容Cf2与第二电感Lf2构成第二输入口b的低通滤波器，第三电容Cf3与第三电感Lf3构成第三输入口c的低通滤波器；第一电感Lf1的另一端与第一二极管的阳极、第四二极管的阴极连接，第二电感Lf2的另一端与第二二极管的阳极、第五二极管的阴极连接，第三电感Lf3的另一端与第三二极管的阳极、第六二极管的阴极连接；
第一电感Lf1的右端与开关管Sap的源极、开关管San的漏极相连，第二电感Lf2的右端与开关管Sbp的源极、开关管Sbn的漏极相连，第三电感Lf3的右端与开关管Scp的源极、开关管Scn的漏极相连；开关管Sp的漏极与第一二极管、第二二极管、第三二极管的阴极相连，开关管Sp的源极与第七二极管、第八二极管、第九二极管的阴极相连；开关管Sn的源极与第四二极管、第五二极管、第六二极管的阳极相连，开关管Sn的漏极与第十二极管、第十一二极管、第十二二极管的阳极相连；开关管Sap的漏极与第七二极管的阳极相连，开关管Sbp的漏极与第八二极管的阳极相连，开关管Scp的漏极与第九二极管的阳极相连；开关管San的源极与第十二极管阴极相连，开关管Sbn的源极与第十一二极管阴极相连，开关管Scn的源极与第十二二极管阴极相连；
电感L1的上端与第七二极管、第八二极管、第九二极管、第十三二极管的阴极以及开关管Sp的源极相连，下端与开关管Sn的漏极，第十二极管、第十一二极管、第十二二极管的阳极以及电容C1相连；电容C1连接着输出端；第十三二极管的阳极和电容C1正端连接着输出端；电阻R1与开关K1串联后与电容C1并联构成放电回路。
2.根据权利要求1所述带升降压功能的电动汽车大功率充电桩的三相PFC整流装置，其特征在于：所述开关管SP、Sn、Sap、San、Sbp、Sbn、Scp、Scn为MOS管或IGBT管；所述第一至第十三二极管为具有低正向导通压降和低反向漏电流的半导体二极管。
3.根据权利要求1所述带升降压功能的电动汽车大功率充电桩的三相PFC整流装置，其特征在于：第一电感Lf1的另一端还分别连接有第一电压检测器和第一电流检测器，第二电感Lf2的另一端还分别连接有第二电压检测器和第二电流检测器，第三电感Lf3的另一端还分别连接有第三电压检测器和第三电流检测器；
第一、第二、第三电压检测器分别检测的电压值UA、UB、UC和第一、第二、第三电流检测器检测电流值IA、IB、IC分别与采样模块的输入端I-1、I-2、I-3、I-4、I-5、I-6相连接，采样模块的输出采样值UA(k)、UB(k)、UC(k)、IA(k)、IB(k)、IC(k)通过输出端O-1、O-2、O-3、O-4、O-5、O-6分别与DSP处理器模块150的输入端I-7、I-8、I-9、I-10、I-11、I-12相连接。
4.根据权利要求1所述带升降压功能的电动汽车大功率充电桩的三相PFC整流装置，其特征在于：温度检测模块通过与DSP处理器模块的输入端I-17相连，DSP处理器模块通过输出端口O-7与散热风扇相连接；实际的输出电流和输出电压分别与硬件电压电流检测模块的输入端I-18、I-19相连，同时分别与比较器模块的输入端I-20、I-21相连，参考电压和参考电流分别与比较器模块的端口I-22、I-23相连；硬件电压电流检测模块的输出结果通过输出端O-10、输出端口O-11分别与DSP处理器模块的输入端I-16、比较器模块输入端I-24相连，比较器模块的输出结果通过输出端O-8、O-9与DSP处理器模块的I-14、I-15相连。
5.根据权利要求1所述带升降压功能的电动汽车大功率充电桩的三相PFC整流装置，其特征在于：DSP处理器模块输出八路PWM波Gpwm1、Gpwm2、Gpwm3、Gpwm4、Gpwm5、Gpwm6、Gpwm7、Gpwm8通过输出端O-12、O-13、O-14、O-15、O-16、O-17、O-18、O-19分别输出到带保护的开关管驱动模块160的输入端I-25、I-26、I-27、I-28、I-29、I-30、I-31、I-32；DSP处理器模块通过输出端O-19与开关K1相连；带保护的开关管驱动模块生成的驱动信号通过输出端G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7、G8分别作用于开关管Sp、Sn、Sap、San、Sbp、Sbn、Scp、Scn。
6.根据权利要求1所述带升降压功能的电动汽车大功率充电桩的三相PFC整流装置，其特征在于：DSP处理器模块150控制开关管Sp、Sn、Sap、San、Sbp、Sbn、Scp、Scn以及K1的导通和关断，当检测到系统出现过压、过流、过温时，关断开关管Sp、Sn、Sap、San、Sbp、Sbn、Scp、Scn，三相八开关Buck-Boost整流器停止工作，同时控制开关K1闭合，通过C1、R1构成的放电回路对电容C1进行放电；DSP处理器模块根据温度检测的结果，控制散热风扇的启动和停止。
7.根据权利要求1所述三相PFC整流装置的控制方法，其特征在于，包括：
S1、DSP处理器模块判断是否需要进行预充电，若需要则转步骤S2，若不需要则直接转步骤S3；
S2、DSP处理器模块输出八路PWM波，使Sp、Sn导通，Sap、San、Sbp、Sbn、Scp、Scn断开，通过整流模块进行不控整流，对输出电容C1进行预充电，达到设定值则进入步骤S4；
S3、采样模块将交流侧采集的电压、电流输入到DSP处理器模块中；
S4、DSP处理器模块将交流侧采集的交流侧电压值和电流值，进行三相静止坐标系/两相旋转坐标系的运算，并通过数字锁相环功能得到电网电压角频率ω(k)和相位θ(k)；
S5，进行恒流充电模式；
S5.1，在恒流控制模式下，比较器模块对输出电流Iout和参考电流Iref运算，得到输出值E2，通过输入端I-14输入到DSP处理器模块中；
S5.2，通过空间矢量脉宽调制，计算得出占空比，生成八路PWM波；
S5.3，将八路PWM波输入带保护的开关管驱动模块中，产生八路驱动信号，作用于三相八开关Buck-Boost整流器开关管的通断，进行恒流模式充电；
S5.4，将输出端电压、电流输入到硬件电压电流检测模块，判断此时的工作模式，并将判断结果输入到比较器模块中，当检测到输出端电压达到预定值，系统转入第二阶段进行恒压充电；
S6、进行恒压充电模式；
S6.1、在恒压控制模式下，比较器模块对输出电压Uout和参考电压Uref运算，得到输出值E1，通过输入端I-15输入到DSP处理器模块中；
S6.2、通过空间矢量脉宽调制，计算得出占空比，生成八路PWM波；
S6.3、将八路PWM波输入带保护的开关管驱动模块中，产生八路驱动信号，作用于三相八开关Buck-Boost整流器开关管的通断，进行恒压模式充电；
S6.4、DSP处理器模块判断是否结束工作,当需要装置继续工作时，转步骤S5.3；当结束工作时，则进入下一步；
S6.5、DSP处理器模块将占空比置零，带保护的开关管驱动模块即刻输出负压驱动信号，关断八个开关管，三相Buck-Boost整流器停止工作，同时控制开关K1闭合，通过C1、R1构成的放电回路对电容C1进行放电。
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Families Citing this family (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3079684B1 (fr) * 2018-03-27 2020-03-13 Renault S.A.S Dispositif et procede de charge d'une batterie electrique
CN108767953A (zh) * 2018-06-21 2018-11-06 河南森源电气股份有限公司 一种直流充电柜
DE102019102550B4 (de) * 2019-02-01 2022-06-30 Infineon Technologies Austria Ag Leistungswandler und leistungswandlungsverfahren
CN110203095B (zh) * 2019-05-10 2021-07-20 湖南科技大学 超级电容驱动型电机车配套的快速充电桩
CN110896284A (zh) * 2019-11-21 2020-03-20 新乡航空工业(集团)有限公司 一种基于碳化硅的航空高压高功率三相全控整流装置
CN112060956A (zh) * 2020-06-20 2020-12-11 侯红年 一种大功率节能型智能充电桩及充电桩安装方式
CN113135109B (zh) * 2020-07-31 2022-10-25 清华大学 一种电动汽车大功率充电装置拓扑结构
JP7302558B2 (ja) * 2020-09-07 2023-07-04 トヨタ自動車株式会社 充電装置および充電装置の制御方法
CN112550023B (zh) * 2020-11-24 2022-05-10 广州橙行智动汽车科技有限公司 电动汽车电气集成装置、方法及电动汽车
CN112886563B (zh) * 2021-01-07 2023-01-31 东北电力大学 一种用于低压直流配电的柔性互联开关装置
CN112953189B (zh) * 2021-04-16 2023-06-20 维沃移动通信有限公司 充电装置

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1599222A (zh) * 2003-09-19 2005-03-23 株式会社三社电机制作所 电镀电源装置
CN102916440B (zh) * 2012-09-20 2015-01-07 中国电力科学研究院 一种基于电池储能系统的功率转换系统及其控制方法
CN105871244A (zh) * 2016-05-06 2016-08-17 钛白金科技（深圳）有限公司 一种单相ac-dc/ dc-ac双用电路及三相ac-dc/ dc-ac双用电路
CN105932755A (zh) * 2016-04-21 2016-09-07 武汉理工大学 电动汽车大功率直流充电机/桩的三相pfc整流装置及控制方法
CN106130147A (zh) * 2016-07-29 2016-11-16 武汉理工大学 一种升降压一体的电动汽车车载充电机及控制方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1599222A (zh) * 2003-09-19 2005-03-23 株式会社三社电机制作所 电镀电源装置
CN102916440B (zh) * 2012-09-20 2015-01-07 中国电力科学研究院 一种基于电池储能系统的功率转换系统及其控制方法
CN105932755A (zh) * 2016-04-21 2016-09-07 武汉理工大学 电动汽车大功率直流充电机/桩的三相pfc整流装置及控制方法
CN105871244A (zh) * 2016-05-06 2016-08-17 钛白金科技（深圳）有限公司 一种单相ac-dc/ dc-ac双用电路及三相ac-dc/ dc-ac双用电路
CN106130147A (zh) * 2016-07-29 2016-11-16 武汉理工大学 一种升降压一体的电动汽车车载充电机及控制方法

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