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CN118137901A - 一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器及控制方法 - Google Patents

一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器及控制方法 Download PDF

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CN118137901A
CN118137901A CN202410460977.5A CN202410460977A CN118137901A CN 118137901 A CN118137901 A CN 118137901A CN 202410460977 A CN202410460977 A CN 202410460977A CN 118137901 A CN118137901 A CN 118137901A
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CN
China
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power tube
output
phase
power
control unit
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Application number
CN202410460977.5A
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孙黎明
杨毅
王一
朱丽宁
邹泽会
李韵
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Chongqing Yuxin Pingrui Electronic Co ltd
Original Assignee
Chongqing Yuxin Pingrui Electronic Co ltd
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Publication date
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Abstract

一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器，包括依次电连接的发动机、启发一体电路和交直流变换电路；发动机能够提供三相交流输出/反拖启动；启发一体电路配置为三相整流/三相逆变；交直流变换电路能够提供单相交流电压输出/直流升压输出/直流降压输出；在发动机提供三相交流输出时，启发一体电路将发动机的三相交流电压输出转换为高压直流电；交直流变换电路将高压直流电转换为单向交流电/低压直流电；在反拖启动发动机时，交直流变换电路将电池的电压升压提供给启发一体电路；启发一体电路将升压后的高压直流电转换为三相交流电反拖发动机。本发明通过将各个电路模块交互组合在一起，解决交直流一体体积大，设计成本高、器件冗余等问题，大大提高产品集成度。

Description

一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器及控制方法
技术领域
本发明涉及数码发电机领域，具体涉及一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器及控制方法。
背景技术
数码变频发电机是一种利用数字化技术和变频技术进行控制的电机，能够灵活地调节输出电机的频率和电压，随着数码变频发电机迅速发展，以及移动储能市场快速发展，变频发电机对交直流一体并带一键反拖启动的需求越来越强烈，也就是集成度也越来越高，目前常规技术解决方案通过将逆变器、直流DCDC、一键启动模块单独拼凑在一起，凑合解决客户的功能需求。由于各部分组件需要单独设计和整合，制造成本和系统成本较高，导致产品的性价比较低，同时，上述由于组件分散、集成度低导致发电机设计体积庞大，不符合当今对于高效、轻量化的产品设计需求。因此为了解决上述问题，需要一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器及控制方法。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，目的在于提供一种高集成度的拓扑结构，及对应的控制方法以实现功率器件极大化共用。因此，提出一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器及控制方法。
其中，一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器的具体技术方案如下：
一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器，其特征在于：
包括依次电连接的发动机、启发一体电路和交直流变换电路；
所述发动机能够提供三相交流输出/反拖启动；
所述交直流变换电路能够提供单相交流电压输出/直流升压输出/直流降压输出；
在所述发动机提供三相交流输出时，所述启发一体电路将所述发动机的三相交流电压输出转换为高压直流电；
所述交直流变换电路将所述高压直流电转换为单向交流电/低压直流电；
在反拖启动所述发动机时，所述交直流变换电路将电池的电压升压提供给所述启发一体电路；
所述启发一体电路将升压后的高压直流电转换为三相交流电反拖发动机。
为更好地实现本发明，可进一步地：
控制单元分别用于控制启发一体电路的三相整流/三相逆变，所述升降压变换电路的单相交流电压输出/直流升压输出/直流降压输出。
进一步地：所述启发一体电路为功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6构成的三相桥式控制电路；
所述功率管Q1的源级与功率管Q2的漏级相连，功率管Q3的源级与功率管Q4的漏级相连，功率管Q5的源级与功率管Q6的漏级相连，该功率管Q1、功率管Q3和功率管Q5的漏级均与第一电源端口的正极相连，该功率管Q2、功率管Q4和功率管Q6的源级均与第一电源端口的负极相连，在第一电源端口的正极与第一电源端口的负极之间串接有所述电容C1；
发电机的U相端与功率管Q1和功率管Q2的公共端相连，发电机的V相端与功率管Q3和功率管Q4的公共端相连，发电机的W相端与功率管Q5和功率管Q6的公共端相连。
进一步地：所述交直流变换电路包括功率管Q7、功率管Q8、功率管Q9和功率管Q10；
所述功率管Q7的源级与所述功率管Q8的漏级相连，所述功率管Q9的源级与所述功率管Q10的漏级相连，所述功率管Q7和所述功率管Q9的漏级均与第一电源端口的正极相连，所述功率管Q8和所述功率管Q10的漏级均与第一电源端口的正极相连；
所述电感L1的第一端连接在功率管Q7和功率管Q8之间,该电感L1的第二端为第一AC输出端，第二AC输出端连接在功率管Q9与功率管Q10之间，在第一AC输出端和第二AC输出端之间跨接有电容C2；
所述电感L1的第二端经控制开关K1与第一DC输出端口相连，第二DC输出端连接在功率管Q9与功率管Q10之间。
进一步地：电池连接在第一DC输出端和第二DC输出端之间，电池的正极与第一DC输出端相连，电池的正极与第二DC输出端相连；
电池连接在第一DC输出端和第二DC输出端之间，具体地，电池为60V电池，电池的正极与第一DC输出端相连，电池的负极与第二DC输出端相连。
进一步地：在第一DC输出端和第二DC输出端之间跨接有电容C3。
一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器的控制方法具体技术方案如下：
一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器的控制方法，其特征在于：
包括如下工作流程：
S1：控制单元配置反拖指令时，进入到S2；
控制单元配置直流输出指令时，进入到S3；
控制单元配置交流输出指令时，进入到S4：
S2：控制单元将交直流变换电路配置为直流升压输出模式，向启发一体电路提供直流升压；
控制单元控制开关K1闭合，功率管Q10打开，功率管Q9关闭；
电容C1、功率管Q7、功率管Q8、电感L1构成Boost升压电路，控制单元驱动功率管Q7和功率管Q8为第一电源端口提供升压，使得第一电源端口和第二电源端口之间电压升压到设定值；
控制单元将启发一体电路配置为三相逆变模式，所述控制单元通过三相无感BLDC算法驱动功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6，使得所述启发一体电路将第一电源端口的直流电逆变为三相电接入到发电机中，实现发电机反拖启动控制；
S3：控制单元将启发一体电路配置为三相整流模式，控制单元通过三相同步整流算法驱动功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6实现三相整流，使得第一DC输出端和第二DC输出端之间的电压为设定值；
所述控制单元将交直流变换电路配置为直流降压输出模式，控制单元控制开关K1闭合，控制单元控制功率管Q10打开，功率管Q9关闭；
电容C3、功率管Q7、功率管Q8、电感L1构成同步BUCK降压电路；
控制单元驱动功率管Q7和功率管Q8做BUCK降压控制，确保第一DC输出端和第二DC输出端之间电压为设定值；
S4：控制单元将启发一体电路调整为三相整流模式，控制单元通过三相同步整流算法驱动功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6实现三相整流，使得第一DC输出端和第二DC输出端之间的电压为设定值；
控制单元将交直流变换电路配置为交流电压输出模式，功率管Q7、功率管Q8、功率管Q9和功率管Q10构成全桥驱动电路，第一电源端口和第二电源端口为全桥驱动电路提供电源；
控制单元控制功率管Q10打开，K1开关断开，调整电感L1的感量；
控制单元通过全桥驱动算法控制功率管Q7、功率管Q8、功率管Q9和功率管Q10，使得全桥驱动电路实现全桥交流逆变输出。
本发明的有益效果为：
整体结构复合利用度高，发动机能够提供三相交流输出/反拖启动，启发一体电路配置为三相整流/三相逆变，交直流变换电路能够提供单相交流电压输出/直流升压输出/直流降压输出。功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6构成三相整流电路和三相逆变电路的共同电路结构，分别实现反拖和三相整流，功率管Q7、功率管Q8、功率管Q9和功率管Q10构成全桥驱动电路，其中，在全桥驱动电路基础上，在需要反拖升压时，当功率管Q10打开，功率管Q9关闭，电容C1、功率管Q7、功率管Q8、电感L1构成升压电路。在需要发电使用时，电容C2、功率管Q7、功率管Q8、电感L1构成降压电路。由上分析可知，本发明通过将各个电路模块交互组合在一起，解决交直流一体体积大，设计成本高、器件冗余等问题，大大提高产品集成度。
附图说明
图1为本发明的电路图；
图2为本发明的使用示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1和图2所示：
一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器，包括依次电连接的发动机、启发一体电路和交直流变换电路，发动机能够提供三相交流输出/反拖启动；
交直流变换电路能够提供单相交流电压输出/直流升压输出/直流降压输出；
在发动机提供三相交流输出时，启发一体电路将发动机的三相交流电压输出转换为高压直流电，交直流变换电路将高压直流电转换为单向交流电/低压直流电；
在反拖启动发动机时，交直流变换电路将电池的电压升压提供给启发一体电路；
启发一体电路将升压后的高压直流电转换为三相交流电反拖发动机。
控制单元分别用于控制启发一体电路的三相整流/三相逆变，升降压变换电路的单相交流电压输出/直流升压输出/直流降压输出。
发电机该发电机具有U向端、V向端和W向端，功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6、功率管Q7、功率管Q8、功率管Q9和功率管Q10。
启发一体电路为功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6构成的三相桥式控制电路；
功率管Q1的源级与功率管Q2的漏级相连，功率管Q3的源级与功率管Q4的漏级相连，功率管Q5的源级与功率管Q6的漏级相连，该功率管Q1、功率管Q3和功率管Q5的漏级均与第一电源端口的正极相连，该功率管Q2、功率管Q4和功率管Q6的源级均与第一电源端口的负极相连，在第一电源端口的正极与第一电源端口的负极之间串接有稳压电容。
发电机的U相端与功率管Q1和功率管Q2的公共端相连，发电机的V相端与功率管Q3和功率管Q4的公共端相连，发电机的W相端与功率管Q5和功率管Q6的公共端相连。
所述交直流变换电路包括功率管Q7、功率管Q8、功率管Q9和功率管Q10；
功率管Q7的源级与功率管Q8的漏级相连，功率管Q9的源级与功率管Q10的漏级相连，该功率管Q7和功率管Q9的漏级均与第一电源端口的正极相连，该功率管Q8和功率管Q10的漏级均与第一电源端口的正极相连。
电感L1的第一端连接在功率管Q7和功率管Q8之间,该电感L1的第二端为第一AC输出端，第二AC输出端连接在功率管Q9与功率管Q10之间，在第一AC输出端和第二AC输出端之间跨接有电容C2。
该电感L1的第二端经控制开关K1与第一直流端口相连，第二AC输出端连接在功率管Q9与功率管Q10之间，在第一DC输出端和第二DC输出端之间跨接有电容C3。
电池的正极与第一DC输出端相连，电池的正极与第二DC输出端相连，该电池通过辅源电路M4为所有电路提供电源。
电池连接在第一DC输出端和第二DC输出端之间，具体地，电池为60V电池，电池的正极与第一DC输出端相连，电池的负极与第二DC输出端相连。
该功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6、功率管Q7、功率管Q8、功率管Q9、功率管Q10均为N沟道MOS管。
本发明工作过程为：
电池反拖启动控制过程如下：
在电池反拖带动发动机转动时，控制单元控制开关K1闭合，交直流变换电路配置为直流升压输出模式，向启发一体电路提供直流升压。控制单元通过功率管Q10打开，功率管Q9关闭，使得电容C1、功率管Q7、功率管Q8、电感L1构成升压电路，控制单元控制升压电路为第一电源端口和第二电源端口提供升压。具体为，控制单元驱动功率管Q7和功率管Q8为第一电源端口提供升压，使得第一电源端口和第二电源端口之间电压升高,得到稳定可靠的DC400±20V电压。
启发一体电路配置为三相逆变模式，功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6构成三相BLDC驱动电路模块，控制单元通过三相无感BLDC算法驱动功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6，使得三相BLDC驱动电路模块将第一电源端口的直流电逆变为三相电接入到发动机中，实现发动机反拖启动控制。
发动机直流输出控制过程如下：
发动机点着，控制单元控制开关K1闭合，控制单元控制功率管Q10打开，功率管Q9关闭，控制单元将启发一体电路调整为三相整流模式，控制单元通过三相同步整流算法驱动三功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6实现三相整流，使得第一DC输出端和第二DC输出端之间的电压在400±20Vdc。
同时，交直流变换电路调整为低压直流电输出模式，控制单元利用功率管Q7和功率管Q8做BUCK控制，确保第一DC输出端和第二DC输出端之间电压为60V。
交流输出模式控制过程如下：
发动机点着后控制单元控制功率管Q10打开，K1开关断开，通过抽头调整电感L1的感量。
控制单元将启发一体电路调整为三相整流模式，控制单元通过三相同步整流算法驱动三功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6实现三相整流，使得第一DC输出端和第二DC输出端之间的电压在400±20Vdc。
控制单元将交直流变换电路调整为交流电压输出模式，功率管Q7、功率管Q8、功率管Q9和功率管Q10构成全桥驱动电路，控制单元通过全桥驱动算法控制功率管Q7、功率管Q8、功率管Q9和功率管Q10，使得全桥驱动电路实现全桥交流输出。
一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器的工作方法，包括如下工作流程：
包括如下工作流程：
S1：控制单元配置反拖指令时，进入到S2；
控制单元配置直流输出指令时，进入到S3；
控制单元配置交流输出指令时，进入到S4：
S2：控制单元将交直流变换电路配置为直流升压输出模式，向启发一体电路提供直流升压；
控制单元控制开关K1闭合，功率管Q10打开，功率管Q9关闭；
电容C1、功率管Q7、功率管Q8、电感L1构成Boost升压电路，控制单元驱动功率管Q7和功率管Q8为第一电源端口提供升压，使得第一电源端口和第二电源端口之间电压升压到设定值；
控制单元将启发一体电路配置为三相逆变模式，所述控制单元通过三相无感BLDC算法驱动功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6，使得所述启发一体电路将第一电源端口的直流电逆变为三相电接入到发电机中，实现发电机反拖启动控制；
S3：控制单元将启发一体电路配置为三相整流模式，控制单元通过三相同步整流算法驱动功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6实现三相整流，使得第一DC输出端和第二DC输出端之间的电压为设定值；
所述控制单元将交直流变换电路配置为直流降压输出模式，控制单元控制开关K1闭合，控制单元控制功率管Q10打开，功率管Q9关闭；
电容C3、功率管Q7、功率管Q8、电感L1构成同步BUCK降压电路；
控制单元驱动功率管Q7和功率管Q8做BUCK降压控制，确保第一DC输出端和第二DC输出端之间电压为设定值；
S4：控制单元将启发一体电路调整为三相整流模式，控制单元通过三相同步整流算法驱动功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6实现三相整流，使得第一DC输出端和第二DC输出端之间的电压为设定值；
控制单元将交直流变换电路配置为交流电压输出模式，功率管Q7、功率管Q8、功率管Q9和功率管Q10构成全桥驱动电路，第一电源端口和第二电源端口为全桥驱动电路提供电源；
控制单元控制功率管Q10打开，K1开关断开，调整电感L1的感量；
控制单元通过全桥驱动算法控制功率管Q7、功率管Q8、功率管Q9和功率管Q10，使得全桥驱动电路实现全桥交流逆变输出。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器，其特征在于：
包括依次电连接的发动机、启发一体电路和交直流变换电路；
所述发动机能够提供三相交流输出/反拖启动；
所述启发一体电路配置为三相整流/三相逆变；
所述交直流变换电路能够提供单相交流电压输出/直流升压输出/直流降压输出；
在所述发动机提供三相交流输出时，所述启发一体电路将所述发动机的三相交流电压输出转换为高压直流电；
所述交直流变换电路将所述高压直流电转换为单向交流电/低压直流电；
在反拖启动所述发动机时，所述交直流变换电路将电池的电压升压提供给所述启发一体电路；
所述启发一体电路将升压后的高压直流电转换为三相交流电反拖发动机。
2.根据权利要求1所述一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器，其特征在于：
控制单元分别用于控制启发一体电路的三相整流/三相逆变，所述升降压变换电路的单相交流电压输出/直流升压输出/直流降压输出。
3.根据权利要求1所述一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器，其特征在于：
所述启发一体电路为功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6构成的三相桥式控制电路；
所述功率管Q1的源级与功率管Q2的漏级相连，功率管Q3的源级与功率管Q4的漏级相连，功率管Q5的源级与功率管Q6的漏级相连，该功率管Q1、功率管Q3和功率管Q5的漏级均与第一电源端口的正极相连，该功率管Q2、功率管Q4和功率管Q6的源级均与第一电源端口的负极相连，在第一电源端口的正极与第一电源端口的负极之间串接有所述电容C1；
发电机的U相端与功率管Q1和功率管Q2的公共端相连，发电机的V相端与功率管Q3和功率管Q4的公共端相连，发电机的W相端与功率管Q5和功率管Q6的公共端相连。
4.根据权利要求3所述一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器，其特征在于：
所述交直流变换电路包括功率管Q7、功率管Q8、功率管Q9和功率管Q10；
所述功率管Q7的源级与所述功率管Q8的漏级相连，所述功率管Q9的源级与所述功率管Q10的漏级相连，所述功率管Q7和所述功率管Q9的漏级均与第一电源端口的正极相连，所述功率管Q8和所述功率管Q10的漏级均与第一电源端口的正极相连；
所述电感L1的第一端连接在功率管Q7和功率管Q8之间,该电感L1的第二端为第一AC输出端，第二AC输出端连接在功率管Q9与功率管Q10之间，在第一AC输出端和第二AC输出端之间跨接有电容C2；
所述电感L1的第二端经控制开关K1与第一DC输出端口相连，第二DC输出端连接在功率管Q9与功率管Q10之间。
5.根据权利要求4所述一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器，其特征在于：
电池连接在第一DC输出端和第二DC输出端之间，电池的正极与第一DC输出端相连，电池的正极与第二DC输出端相连；
电池连接在第一DC输出端和第二DC输出端之间，具体地，电池为60V电池，电池的正极与第一DC输出端相连，电池的负极与第二DC输出端相连。
6.根据权利要求5所述一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器，其特征在于：
在第一DC输出端和第二DC输出端之间跨接有电容C3。
7.一种高密度集成反拖启动的交直流一体式控制器的控制方法，其特征在于：
包括如下工作流程：
S1：控制单元配置反拖指令时，进入到S2；
控制单元配置直流输出指令时，进入到S3；
控制单元配置交流输出指令时，进入到S4：
S2：控制单元将交直流变换电路配置为直流升压输出模式，向启发一体电路提供直流升压；
控制单元控制开关K1闭合，功率管Q10打开，功率管Q9关闭；
电容C1、功率管Q7、功率管Q8、电感L1构成Boost升压电路，控制单元驱动功率管Q7和功率管Q8为第一电源端口提供升压，使得第一电源端口和第二电源端口之间电压升压到设定值；
控制单元将启发一体电路配置为三相逆变模式，所述控制单元通过三相无感BLDC算法驱动功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6，使得所述启发一体电路将第一电源端口的直流电逆变为三相电接入到发电机中，实现发电机反拖启动控制；
S3：控制单元将启发一体电路配置为三相整流模式，控制单元通过三相同步整流算法驱动功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6实现三相整流，使得第一DC输出端和第二DC输出端之间的电压为设定值；所述控制单元将交直流变换电路配置为直流降压输出模式，控制单元控制开关K1闭合，控制单元控制功率管Q10打开，功率管Q9关闭；
电容C3、功率管Q7、功率管Q8、电感L1构成同步BUCK降压电路；
控制单元驱动功率管Q7和功率管Q8做BUCK降压控制，确保第一DC输出端和第二DC输出端之间电压为设定值；
S4：控制单元将启发一体电路调整为三相整流模式，控制单元通过三相同步整流算法驱动功率管Q1、功率管Q2、功率管Q3、功率管Q4、功率管Q5、功率管Q6实现三相整流，使得第一DC输出端和第二DC输出端之间的电压为设定值；控制单元将交直流变换电路配置为交流电压输出模式，功率管Q7、功率管Q8、功率管Q9和功率管Q10构成全桥驱动电路，第一电源端口和第二电源端口为全桥驱动电路提供电源；
控制单元控制功率管Q10打开，K1开关断开，调整电感L1的感量；
控制单元通过全桥驱动算法控制功率管Q7、功率管Q8、功率管Q9和功率管Q10，使得全桥驱动电路实现全桥交流逆变输出。
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