專利名稱：紋波補(bǔ)償電路和超級電容充放電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電氣技術(shù)，尤其涉及一種紋波補(bǔ)償電路和超級電容充放電裝置。
背景技術(shù)：
超級電容作為一種新型的儲能器件，它具有儲存能量大、快速充放電等優(yōu)點(diǎn)，滿足軌道機(jī)車車輛在無電區(qū)運(yùn)行的要求，越來越多地應(yīng)用在軌道機(jī)車車輛上。超級電容顯著改善軌道機(jī)車車輛的動力性能，提高制動能量回收率，達(dá)到節(jié)約能源和提高經(jīng)濟(jì)效益的目的。現(xiàn)有軌道機(jī)車車輛混合動力技術(shù)中，如圖I所示，超級電容充放電裝置(也稱超級電容DC (直流)/DC斬波器)是能量轉(zhuǎn)換的核心變流器，包括控制電路11、驅(qū)動電路1 2和主電路13。所述主電路13采用Buck-Boost(降壓-升壓)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所述驅(qū)動電路12向所述主電路13提供驅(qū)動脈沖，而所述控制電路11控制調(diào)整驅(qū)動脈沖的占空比。電能通過超級電容充放電裝置可以在電網(wǎng)側(cè)和超級電容之間雙向傳遞。軌道機(jī)車車輛在有電網(wǎng)區(qū)域和車輛制動時，所述控制電路的控制端輸入充電指令，超級電容充放電裝置的降壓斬波電路工作，為超級電容充電；當(dāng)車輛運(yùn)行在無電網(wǎng)區(qū)域時，所述控制電路的控制端輸入供電指令，超級電容充放電裝置的升壓斬波電路工作，超級電容為機(jī)車車輛的牽引變流器提供電源，保證車輛在無電區(qū)平穩(wěn)運(yùn)行?，F(xiàn)有的超級電容充放電裝置需要體積大、重量大的大容量直流濾波電容以在為超級電容充電時對電網(wǎng)輸入側(cè)輸入的脈動電壓進(jìn)行濾波，這樣造成超級電容充放電裝置的體積大、結(jié)構(gòu)笨重，在軌道機(jī)車車體上需要較大的空間尺寸；而如果在現(xiàn)有的超級電容充放電裝置中取消該大容量直流濾波電容，則會在為超級電容充電過程中因為電網(wǎng)側(cè)的輸入電壓的周期性脈動而造成超級電容兩端很大的輸出紋波電壓。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種紋波補(bǔ)償電路和超級電容充放電裝置，取消了電網(wǎng)側(cè)直流濾波大容量電容，并在為超級電容充電過程中減小由電網(wǎng)側(cè)輸入的脈動電壓引起的超級電容兩端輸出紋波電壓。本發(fā)明提供了一種紋波補(bǔ)償電路，應(yīng)用于連接于電網(wǎng)側(cè)和超級電容之間的超級電容充放電裝置，包括電網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣單元，用于在為超級電容充電時采樣電網(wǎng)側(cè)輸入的實時電壓；充電電壓比較單元，與所述電網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣單元連接，用于在為超級電容充電時比較該實時電壓與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)充電電壓，得到充電電壓校正信號；第一超級電容電壓補(bǔ)償單元，與所述充電電壓比較單元連接，用于在為超級電容充電時根據(jù)該充電電壓校正信號調(diào)整超級電容兩端的電壓，當(dāng)該充電電壓校正信號指示該實時電壓大于該標(biāo)準(zhǔn)充電電壓時控制調(diào)小超級電容兩端的電壓，當(dāng)該充電電壓校正信號指示該實時電壓小于該標(biāo)準(zhǔn)充電電壓時控制調(diào)大超級電容兩端的電壓。
實施時，本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路還包括超級電容充電電壓采樣單元，用于在為超級電容充電時采樣超級電容兩端的實時電壓；超級電容電壓比較單元，與所述超級電容充電電壓采樣單元連接，用于在為超級電容充電時比較該實時電壓與標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓，得到超級電容電壓校正信號；第二超級電容電壓補(bǔ)償單元，與所述超級電容電壓比較單元連接，用于在為超級電容充電時根據(jù)該超級電容電壓校正信號調(diào)整超級電容兩端的電壓，當(dāng)該超級電容電壓校正信號指示該實時電壓大于該標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓時控制調(diào)小超級電容兩端的電壓，當(dāng)該充電電壓校正信號指示該實時電壓小于該標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓時控制調(diào)大超級電容兩端的電壓；該標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓為當(dāng)電網(wǎng)側(cè)輸入標(biāo)準(zhǔn)充電電壓時超級電容兩端的電壓。實施時，本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路還包括超級電容電壓調(diào)整單元，分別與所述充電電壓比較單元和所述超級電容電壓比較單元連接，用于在為超級電容充電時根據(jù)所述充電電壓校正信號和所述超級電容電壓校正信號，將所述超級電容兩端的電壓調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓。
實施時，所述超級電容電壓調(diào)整單元，還與所述超級電容充放電裝置的驅(qū)動電路連接，進(jìn)一步用于在為超級電容充電時根據(jù)所述充電電壓校正信號、所述超級電容電壓校正信號、所述電網(wǎng)側(cè)輸入的實時電壓和所述超級電容兩端的實時電壓，控制調(diào)整所述驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動脈沖的占空比，以將該超級電容兩端的電壓調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓。實施時，本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路還包括電網(wǎng)側(cè)放電電壓采樣單元，用于在超級電容向電網(wǎng)側(cè)放電時采樣電網(wǎng)側(cè)的實時電壓；供電電壓比較單元，與所述電網(wǎng)側(cè)放電電壓采樣單元連接，用于在超級電容向電網(wǎng)側(cè)放電時比較該電網(wǎng)側(cè)的實時電壓和預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)供電電壓，得到供電電壓校正信號; 供電電壓調(diào)整單元，與所述供電電壓比較單元連接，用于在超級電容向電網(wǎng)側(cè)放電時根據(jù)該供電電壓校正信號將電網(wǎng)側(cè)的電壓調(diào)整為該標(biāo)準(zhǔn)供電電壓。實施時，本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路還包括超級電容放電電壓采樣單元，其用于在超級電容向電網(wǎng)側(cè)放電時采樣超級電容兩端的實時電壓；所述供電電壓調(diào)整單元，還分別與所述超級電容放電電壓采樣單元和所述超級電容充放電裝置的驅(qū)動電路連接，進(jìn)一步用于在超級電容向電網(wǎng)側(cè)放電時根據(jù)該供電電壓校正信號以及該電網(wǎng)側(cè)的實時電壓，控制調(diào)整所述驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動脈沖的占空比，以將電網(wǎng)側(cè)的電壓調(diào)整為該標(biāo)準(zhǔn)供電電壓。本發(fā)明還提供了一種超級電容充放電裝置，包括主電路、控制電路和驅(qū)動電路；所述控制電路，與所述驅(qū)動電路連接，用于控制所述驅(qū)動電路向所述主電路提供驅(qū)動脈沖；所述主電路的第一端接入電網(wǎng)側(cè)，所述主電路的第二端連接于超級電容的兩端，其中，所述控制電路包括上述的紋波補(bǔ)償電路，所述紋波補(bǔ)償電路分別與所述主電路的第一端和所述驅(qū)動電路連接。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路和超級電容充放電裝置，取消了電網(wǎng)側(cè)直流濾波大容量電容，從而主電路拓?fù)浜唵?、體積小、重量輕，并且采用了紋波補(bǔ)償電路以減小由于取消電網(wǎng)側(cè)直流濾波大容量電容而導(dǎo)致的在為超級電容充電過程中電網(wǎng)側(cè)輸入的脈動電壓引起的超級電容兩端的輸出紋波電壓。


圖I為現(xiàn)有的超級電容充放電裝置的結(jié)構(gòu)框圖；圖2為本發(fā)明所述的超級電容充放電裝置的主電路的一實施例的電路圖；圖3為本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第一實施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖4為本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第二實施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖5為本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第三實施例的結(jié)構(gòu)框圖； 圖6為本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第四實施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖7為本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第五實施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖8為本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第六實施例的結(jié)構(gòu)框圖；圖9為本發(fā)明所述的超級電容充放電裝置的一實施例的結(jié)構(gòu)框圖。
具體實施例方式如圖2所示，本發(fā)明所述的超級電容充放電裝置的主電路13的一實施例采用降壓-升壓斬波電路；該主電路13，第一端接入電網(wǎng)側(cè)，第二端連接于超級電容EC ；該主電路13包括第一熔斷器F1、第一濾波電感LI、第一電壓傳感器SV1、主接觸器KM1、第一壓敏器件VR1、突波電容Cl、第一絕緣柵雙極型晶體管VT1、第二絕緣柵雙極型晶體管VT2、第一儲能電抗器L2、第二儲能電抗器L3、第三絕緣柵雙極型晶體管VT3、第四絕緣柵雙極型晶體管VT4、第一電流傳感器SCI、第二電流傳感器SC2、第二濾波電感L4、濾波電容C2、第二熔斷器F2、接觸器KM2、第二電壓傳感器SV2和第二壓敏器件VR2 ；所述第一熔斷器F1，第一端與電網(wǎng)側(cè)正直流電壓輸入端連接，第二端與所述第一濾波電感LI的第一端連接；所述第一濾波電感LI，第二端與所述主接觸器KMl的第一端連接；所述第一電壓傳感器SVl連接于所述第一濾波電感LI的第二端與電網(wǎng)側(cè)負(fù)直流電壓輸入端之間；所述主接觸器KM1，第二端分別與所述第一絕緣柵雙極型晶體管VTl的集電極和所述第二絕緣柵雙極型晶體管VT2的集電極連接；相互并聯(lián)的所述第一壓敏器件VRl和所述突波電容Cl連接于所述主接觸器KMl的第二端和電網(wǎng)側(cè)負(fù)直流電壓輸入端之間(連接時，所述突波電容Cl必須靠近第一絕緣柵雙極型晶體管VT1、第二絕緣柵雙極型晶體管VT2、第三絕緣柵雙極型晶體管VT3和第四絕緣柵雙極型晶體管VT4);所述第一絕緣柵雙極型晶體管VT1，基極接入驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動脈沖，發(fā)射極與所述第一儲能電抗器L2的第一端連接；所述第二絕緣柵雙極型晶體管VT2，基極接入驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動脈沖，發(fā)射極與所述第二儲能電抗器L3的第一端連接；
所述第三絕緣柵雙極型晶體管VT3，基極接入驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動脈沖，集電極與所述第二絕緣柵雙極型晶體管VT2的發(fā)射極連接，發(fā)射極與電網(wǎng)側(cè)負(fù)直流電壓輸入端連接；所述第四絕緣柵雙極型晶體管VT4，基極接入驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動脈沖，集電極與所述第一絕緣柵雙極型晶體管VTl的發(fā)射極連接，發(fā)射極與電網(wǎng)側(cè)負(fù)直流電壓輸入端連接；所述第一儲能電抗器L2的第二端和所述第二儲能電抗器L3的第二端與所述第一電流傳感器SCl的第一端連接；所述第一電流傳感器SCl的第二端與所述第二電流傳感器SC2的第一端連接；所述第二電流傳感器SC2的第二端與所述第二濾波電感L4的第一端連接；所述第二濾波電感L4的第二端分別與所述濾波電容C2的第一端和所述第二熔斷 器F2的第一端連接；所述濾波電容C2的第二端與電網(wǎng)側(cè)負(fù)直流電壓輸入端連接；所述熔斷器F2的第二端與所述接觸器KM2的第一端連接；所述接觸器KM2的第二端通過相互并聯(lián)的所述第二電壓傳感器SV2和所述第二壓敏器件VR2與電網(wǎng)側(cè)負(fù)直流電壓輸入端連接；超級電容EC，第一端與所述接觸器KM2的第二端連接，第二端與所述濾波電容C2的第二端連接。在本發(fā)明所述的超級電容充放電裝置的主電路13的該實施例中，第一絕緣柵雙極型晶體管VTl的基極、第二絕緣柵雙極型晶體管VT2的基極、第三絕緣柵雙極型晶體管VT3的基極和第四絕緣柵雙極型晶體管VT4的基極接入驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動脈沖，該第一絕緣柵雙極型晶體管VTl、第二絕緣柵雙極型晶體管VT2、第三絕緣柵雙極型晶體管VT3和第四絕緣柵雙極型晶體管VT4根據(jù)該驅(qū)動脈沖的占空比改變開通時間和關(guān)斷時間，從而改變電網(wǎng)側(cè)電壓與超級電容兩端電壓的比值。由圖2可見，本發(fā)明所述的超級電容充放電裝置的主電路13的該實施例，并沒有在輸入端采用直流濾波電容，因此在為超級電容充電時為了減小由于在輸入脈動電壓引起的輸出端紋波電壓，在本發(fā)明所述的超級電容充放電裝置的控制電路中采用了紋波補(bǔ)償電路。需要說明的是，本發(fā)明所述的超級電容充放電裝置的主電路13的該實施例僅用于舉例說明在該主電路13中取消了直流濾波電容，而并非用來限制該主電路13的結(jié)構(gòu)，任何可以實現(xiàn)降壓/升壓斬波的電路都適用于該主電路13。如圖3所示，本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第一實施例，應(yīng)用于連接于電網(wǎng)側(cè)和超級電容EC之間的超級電容充放電裝置，包括電網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣單元21，用于在為超級電容EC充電時采樣電網(wǎng)側(cè)輸入的實時電壓；充電電壓比較單元22，與所述電網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣單元21連接，用于在為超級電容EC充電時比較該實時電壓與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)充電電壓，得到充電電壓校正信號；第一超級電容電壓補(bǔ)償單元23，與所述充電電壓比較單元22連接，用于在為超級電容EC充電時根據(jù)該充電電壓校正信號調(diào)整超級電容EC兩端的電壓，當(dāng)該充電電壓校正信號指示該實時電壓大于該標(biāo)準(zhǔn)充電電壓時控制調(diào)小超級電容EC兩端的電壓，當(dāng)該充電電壓校正信號指示該實時電壓小于該標(biāo)準(zhǔn)充電電壓時控制調(diào)大超級電容EC兩端的電壓。在該第一實施例中，所述預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)充電電壓可以是在為超級電容EC充電時經(jīng)過軟件濾波的電網(wǎng)側(cè)輸入的電壓，也可以是為超級電容EC充電時在一采樣周期內(nèi)每隔預(yù)定時間間隔采樣得到的電網(wǎng)側(cè)輸入的電壓的平均值。在該第一實施例中，所述電網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣單元21可以是模擬電壓采樣電路也可以是數(shù)字電壓采樣電路；當(dāng)所述電網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣單元21為模擬電壓采樣電路時，所述充電電壓比較單元22和所述補(bǔ)償電路23可以是模擬電路；當(dāng)所述電網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣單元21為模擬電壓采樣電路時，所述充電電壓比較單元22和所述第一超級電容電壓補(bǔ)償單元23也可以是數(shù)字電路，但是此時需要在所述電 網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣單元21和所述充電電壓比較單元22之間增加一個模數(shù)轉(zhuǎn)換環(huán)節(jié)，以將所述電網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣單元21采樣得到的模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓。本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第一實施例是在為超級電容EC充電時，通過充電電壓比較單元22將電網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣單元21采樣的電網(wǎng)側(cè)輸入的實時電壓與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)充電電壓進(jìn)行比較，而得到充電電壓校正信號，再通過第一超級電容電壓補(bǔ)償單元
23根據(jù)該充電電壓校正信號調(diào)整超級電容EC兩端的電壓，從而使得超級電容EC兩端的電壓趨近于當(dāng)電網(wǎng)側(cè)輸入的電壓為標(biāo)準(zhǔn)充電電壓時超級電容EC兩端的電壓，以達(dá)到減小輸出紋波電壓的目的。舉例來說，本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第一實施例在工作時，如果所述預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)充電電壓為750V，而所述電網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣單元21采樣到的電網(wǎng)側(cè)輸入的實時電壓為810V，則此時所述充電電壓比較單元22輸出的充電電壓校正信號指示電網(wǎng)側(cè)輸入的實時電壓比標(biāo)準(zhǔn)充電電壓大，從而控制所述第一超級電容電壓補(bǔ)償單元23控制減小超級電容EC兩端的電壓；如果所述預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)充電電壓為750V，而所述電網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣單元21采樣到的電網(wǎng)側(cè)輸入的實時電壓為720V，則此時所述充電電壓比較單元22輸出的充電電壓校正信號指示電網(wǎng)側(cè)輸入的實時電壓比標(biāo)準(zhǔn)充電電壓小，從而控制所述第一超級電容電壓補(bǔ)償單元23控制增大超級電容EC兩端的電壓。如圖4所示，本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第二實施例基于本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第一實施例。本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第二實施例還包括 超級電容充電電壓采樣單元31，用于在為超級電容EC充電時采樣超級電容兩端的實時電壓；超級電容電壓比較單元32，與所述超級電容充電電壓采樣單元31連接，用于在為超級電容EC充電時比較該實時電壓與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓，得到超級電容電壓校正信號；所述第二超級電容電壓補(bǔ)償單元33，與所述超級電容電壓比較單元32連接，用于在為超級電容EC充電時根據(jù)該超級電容電壓校正信號調(diào)整超級電容兩端的電壓，當(dāng)該超級電容EC電壓校正信號指示該實時電壓大于該標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓時控制調(diào)小超級電容EC兩端的電壓，當(dāng)該充電電壓校正信號指示該實時電壓小于該標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓時控制調(diào)大超級電容EC兩端的電壓，該標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓為當(dāng)電網(wǎng)側(cè)輸入標(biāo)準(zhǔn)充電電壓時超級EC電容兩端的電壓。本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第二實施例是在為超級電容EC充電時，通過超級電容電壓比較單元32將超級電容充電電壓采樣單元31采樣的電網(wǎng)側(cè)輸入的實時電壓與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)充電電壓進(jìn)行比較，而得到充電電壓校正信號，通過超級電容電壓比較單元32將超級電容充電電壓采樣單元31采樣的超級電容EC兩端的實時電壓與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓進(jìn)行比較，而得到超級電容電壓校正信號，再通過第二超級電容電壓補(bǔ)償單元33根據(jù)該充電電壓校正信號和該超級電容電壓校正信號調(diào)整超級電容兩端的電壓，從而使得超級電容EC兩端的電壓趨近于當(dāng)電網(wǎng)側(cè)輸入的電壓為標(biāo)準(zhǔn)充電電壓時超級電容EC兩端的電壓，以達(dá)到減小輸出紋波電壓的目的。本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第二實施例在為超級電容充電EC時，第二超級電容電壓補(bǔ)償單元33不僅根據(jù)充電電壓校正信號還根據(jù)超級電容電壓校正信號校正超級電容兩端的電壓，使得補(bǔ)償輸出紋波電壓的效果更加優(yōu)化。 舉例來說，該紋波補(bǔ)償電路的第二實施例在工作時，如果所述預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)充電電壓為750V，而所述超級電容充電電壓采樣單元31采樣到的電網(wǎng)側(cè)輸入的實時電壓為720V，假設(shè)所述超級電容EC兩端的實時電壓為200V，此時驅(qū)動脈沖的占空比為20/72，那么如果不存在輸入脈動電壓則超級電容EC兩端的電壓即此時的標(biāo)準(zhǔn)充電電容電壓應(yīng)為750X20/75 (如果不存在紋波補(bǔ)償，那么占空比就不是20/72，還是原來的20/75)，則所述比較電路32通過所述充電電壓校正信號指示所述補(bǔ)償電路33控制增大超級電容EC兩端的電壓，從而達(dá)到紋波補(bǔ)償?shù)哪康?。在實際操作時，在為超級電容EC充電過程中，超級電容EC兩端的電壓不斷增加，而如果超級電容EC兩端的額定電壓為480V，則當(dāng)在采樣周期內(nèi)檢測到超級電容EC兩端的實時電壓都大于預(yù)定電壓時，則判斷對超級電容EC充電完成，控制停止對超級電容EC充電，該預(yù)定電壓例如可以為480V。如圖5所示，本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第三實施例基于本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第二實施例。本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第三實施例還包括超級電容電壓調(diào)整單元41，分別與所述充電電壓比較單元22和所述超級電容電壓比較單元32連接，用于在為超級電容EC充電時根據(jù)該充電電壓校正信號和所述超級電容電壓校正信號，將該超級電容EC兩端的電壓調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓。在本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第三實施例中，在為超級電容EC充電時，所述超級電容電壓調(diào)整單元41根據(jù)充電電壓校正信號和超級電容校正信號，將超級電容EC兩端的電壓調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓，使得紋波補(bǔ)償更加精確。如圖6所示，本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第四實施例基于本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第三實施例。在本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第四實施例中，所述超級電容電壓調(diào)整單元41，還與所述超級電容充放電裝置的驅(qū)動電路12連接，進(jìn)一步用于在為超級電容EC充電時根據(jù)所述充電電壓校正信號、所述超級電容電壓校正信號、所述電網(wǎng)側(cè)輸入的實時電壓和所述超級電容EC兩端的實時電壓，控制調(diào)整所述驅(qū)動電路12輸出至所述主電路13的驅(qū)動脈沖的占空比，從而使得所述主電路13根據(jù)該占空比相應(yīng)改變功率開關(guān)管的開通時間與關(guān)斷時間，以將該超級電容EC兩端的電壓調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓。本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第四實施例在為超級電容充電時，通過所述超級電容電壓調(diào)整單元41控制調(diào)整所述超級電容充放電裝置的驅(qū)動電路12輸出至主電路13的驅(qū)動脈沖的占空比，以將該超級電容EC兩端的電壓調(diào)整為所述標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓，從而所述超級電容電壓調(diào)整單元41只需發(fā)出控制改變超級電容充放電裝置中的驅(qū)動電路12輸出的驅(qū)動脈沖的占空比，即可以達(dá)到調(diào)整超級電容兩端的電壓的目的，從而簡化了結(jié)構(gòu)。舉例來說，該紋波補(bǔ)償電路的第四實施例在工作時，如果所述預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)充電電壓為750V，而所述電網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣電路21采樣到的電網(wǎng)側(cè)輸入的實時電壓為810V，所述超級電容充電電壓采樣電路31采樣到的超級電容兩端的實時電壓為200V，此時驅(qū)動脈沖的占空比為20/81，那么如果不存在輸入脈動電壓則超級電容兩端的電壓即此時的標(biāo)準(zhǔn)充電電容電壓應(yīng)為750 X 20/75，則所述充電電壓比較單元22和所述超級電容電壓比較單元32通過所述充電電壓校正信號和和所述超級電容電壓校正信號，指示所述超級電容電壓調(diào)整單元41控制將所述驅(qū)動脈沖的占空比改變?yōu)?50X2(V(81X810)，然后逐漸加大占空比直至將該超級電容兩端的電壓調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓，以補(bǔ)償因輸入脈沖電壓導(dǎo)致的輸出紋波電壓。本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第五實施例基于本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第一實施例至第四實施例中的任一實施例。如圖7所示，本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第五實施例還包括電網(wǎng)側(cè)放電電壓采樣單元51，用于在超級電容EC向電網(wǎng)側(cè)放電時采樣電網(wǎng)側(cè)的實時電壓；供電電壓比較單元52，用于在超級電容EC向電網(wǎng)側(cè)放電時比較該電網(wǎng)側(cè)的實時電壓和預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)供電電壓，得到供電電壓校正信號；供電電壓調(diào)整單元53，用于在超級電容EC向電網(wǎng)側(cè)放電時根據(jù)該供電電壓校正信號將電網(wǎng)側(cè)的電壓調(diào)整為該標(biāo)準(zhǔn)供電電壓。本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第五實施例使得在超級電容對電網(wǎng)側(cè)放電的過程中電網(wǎng)側(cè)供電電壓恒定為標(biāo)準(zhǔn)供電電壓，以保證超級電容安全可靠地為軌道機(jī)車車輛供電。本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第六實施例基于本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第五實施例。如圖8所示，本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第六實施例還包括超級電容放電電壓采樣單元61，其用于在超級電容向電網(wǎng)側(cè)放電時采樣超級電容兩端的實時電壓；所述供電電壓調(diào)整單元53，還分別與所述超級電容放電電壓采樣單元61和所述超級電容充放電裝置的驅(qū)動電路12連接，進(jìn)一步用于在超級電容向電網(wǎng)側(cè)放電時根據(jù)該供電電壓校正信號以及該電網(wǎng)側(cè)的實時電壓，控制調(diào)整所述超級電容充放電裝置的驅(qū)動電路12輸出至所述主電路13的驅(qū)動脈沖的占空比，以使將電網(wǎng)側(cè)的電壓調(diào)整為該標(biāo)準(zhǔn)供電電壓。 本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第六實施例在超級電容向電網(wǎng)側(cè)放電時，通過供電電壓調(diào)整單元53控制調(diào)整所述超級電容充放電裝置的驅(qū)動電路12輸出至所述主電路13的驅(qū)動脈沖的占空比，以電網(wǎng)側(cè)的電壓調(diào)整為所述標(biāo)準(zhǔn)供電電壓，從而所述供電電壓調(diào)整單元53只需發(fā)出控制改變超級電容充放電裝置中的驅(qū)動電路12輸出的驅(qū)動脈沖的占空t匕，即可以達(dá)到調(diào)整電網(wǎng)側(cè)的電壓的目的，從而簡化了結(jié)構(gòu)。
隨著超級電容對電網(wǎng)側(cè)放電的進(jìn)行，超級電容兩端的電壓一直在下降，則需驅(qū)動脈沖占空比相對一直增大，但是驅(qū)動脈沖的占空比需在最大的占空比在設(shè)計范圍內(nèi)，以保證超級電容安全可靠地為軌道機(jī)車車輛供電。本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第七實施例基于本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第一實施例至第六實施例中的任一實施例。在本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第七實施例中，所述電網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣單元21、所述超級電容充電電壓采樣單元31、所述電網(wǎng)側(cè)放電電壓采樣單元41和所述超級電容放電電壓采樣單元51包含于電壓采樣電路中；所述充電電壓比較單元22、所述超級電容電壓比較單元33和所述供電電壓比較單元52包含于比較電路中；所述第一超級電容電壓補(bǔ)償單元23、所述第二超級電容電壓補(bǔ)償單元33、所述超 級電容電壓調(diào)整單元41和所述供電電壓調(diào)整單元53包含于補(bǔ)償電路中；所述電壓采樣電路采樣的電壓是模擬電壓，所述比較電路和所述補(bǔ)償電路是數(shù)字電路；所述紋波補(bǔ)償電路還包括模數(shù)轉(zhuǎn)換電路和信號調(diào)理電路；所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路連接于所述電壓采樣電路和所述比較電路之間，用于將該模擬電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字電壓，并將該數(shù)字電壓傳送至所述比較電路；所述信號調(diào)理電路，連接于所述電壓采樣電路和所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路之間，用于對所述電壓采樣電路采樣的模擬電壓進(jìn)行信號調(diào)理，即將該模擬電壓去除高頻干擾和外部環(huán)境的電磁干擾等干擾，并將該模擬電壓的幅值調(diào)整到合適的電平以使得模擬電壓的波形正
堂
巾O本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第八實施例基于本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第七實施例。在本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第八實施例中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路、所述比較電路和所述補(bǔ)償電路集成于高速的DSP (數(shù)字信號處理)芯片中，該DSP芯片采用數(shù)字化的方式處理采樣信號和進(jìn)行驅(qū)動控制；在為超級電容充電時，所述電壓采樣電路采樣電網(wǎng)側(cè)的實時模擬電壓和超級電容兩端的實時模擬電壓，并將采樣到的模擬電壓傳送到設(shè)置于超級電容充放電裝置的主電路中的信號調(diào)理電路，該信號調(diào)理電路對該模擬電壓進(jìn)行信號調(diào)理后將其輸入至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將經(jīng)過信號調(diào)理后的模擬電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字電壓后，在控制程序高速的定時中斷中，DSP芯片不斷將采樣到的電網(wǎng)側(cè)的實時電壓與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)充電電壓進(jìn)行比較，得到充電電壓校正信號，并且DSP芯片不斷將采樣到的超級電容兩端的實時電壓與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓進(jìn)行比較，得到超級電容電壓校正信號；DSP芯片再根據(jù)所述充電電壓校正信號和所述超級電容電壓校正信號，實時地調(diào)整驅(qū)動脈沖占空比的大小，以調(diào)整超級電容兩端的電壓大小。也就是說，在為超級電容充電時，當(dāng)電網(wǎng)側(cè)輸入的脈動電壓處于正弦波形波峰處時，就減小超級電容兩端電壓的大小，當(dāng)電網(wǎng)側(cè)輸入的脈動電壓處于正弦波形波谷處時，就提高超級電容兩端電壓的大小，而當(dāng)超級電容兩端的實時電壓大于標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓時，就減小超級電容兩端電壓的大小，當(dāng)超級電容兩端的實時電壓小于標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓時，就提高超級電容兩端電壓的大?。贿@樣就可以通過軟件控制將超級電容兩端電壓紋波限制在一個很小的允許范圍之內(nèi)，保證電網(wǎng)側(cè)安全可靠地為超級電容充電。
本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第八實施例在超級電容向電網(wǎng)側(cè)放電時，采用超級電容充放電裝置的主電路自帶的電壓傳感器，精確采樣電網(wǎng)側(cè)的實時模擬電壓和超級電容兩端的實時模擬電壓，并將采樣到的模擬電壓傳送到設(shè)置于超級電容充放電裝置的主電路中的信號調(diào)理電路，該信號調(diào)理電路對該模擬電壓進(jìn)行信號調(diào)理后將其輸入至模數(shù)轉(zhuǎn)換電路中，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將經(jīng)過信號調(diào)理后的模擬電壓轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字電壓后，在控制程序高速的定時中斷中，DSP芯片不斷比較電網(wǎng)側(cè)的實時電壓和預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)供電電壓，得到供電電壓校正信號，之后DSP芯片根據(jù)該供電電壓校正信號以及電網(wǎng)側(cè)的實時電壓，控制調(diào)整所述超級電容充放電裝置輸出的驅(qū)動脈沖的占空比，以將電網(wǎng)側(cè)的電壓調(diào)整為該標(biāo)準(zhǔn)供電電壓，以保證電網(wǎng)側(cè)輸出電壓恒定，使得超級電容安全可靠地為軌道機(jī)車車輛供電。在為超級電容充電時，本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路的第八實施例依靠高速的DSP芯片采用閉環(huán)控制實時調(diào)整超級電容兩端電壓的大小，以達(dá)到減小輸出紋波電壓的目的。
如圖9所示，本發(fā)明所述的超級電容充放電裝置的一實施例，包括控制電路11、驅(qū)動電路12和主電路13 ；所述控制電路11，與所述驅(qū)動電路12連接，用于控制所述驅(qū)動電路12向所述主電路13提供驅(qū)動脈沖；所述主電路13的第一端接入電網(wǎng)側(cè)，所述主電路13的第二端連接于超級電容EC的兩端；所述控制電路11包括上述的紋波補(bǔ)償電路111，所述紋波補(bǔ)償電路111分別與所述主電路13的第一端和所述驅(qū)動電路12連接。本發(fā)明所述的超級電容充放電裝置的該實施例由于采用了本發(fā)明所述的紋波補(bǔ)償電路，可以在主電路中取消電網(wǎng)側(cè)直流濾波大容量電容，從而主電路拓?fù)浜唵?、體積小、重量輕，并且可以通過該紋波補(bǔ)償電路減小由于取消電網(wǎng)側(cè)直流濾波大容量電容而導(dǎo)致的在為超級電容充電過程中電網(wǎng)側(cè)輸入的脈動電壓引起的超級電容兩端輸出的紋波電壓。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實現(xiàn)上述各方法實施例的全部或部分步驟可以通過程序指令相關(guān)的硬件來完成。前述的程序可以存儲于一計算機(jī)可讀取存儲介質(zhì)中。該程序在執(zhí)行時，執(zhí)行包括上述各方法實施例的步驟；而前述的存儲介質(zhì)包括R0M、RAM、磁碟或者光盤等各種可以存儲程序代碼的介質(zhì)。最后應(yīng)說明的是以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。
權(quán)利要求
1.一種紋波補(bǔ)償電路，應(yīng)用于連接于電網(wǎng)側(cè)和超級電容之間的超級電容充放電裝置，其特征在于，包括 電網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣單元，用于在為超級電容充電時采樣電網(wǎng)側(cè)輸入的實時電壓； 充電電壓比較單元，與所述電網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣單元連接，用于在為超級電容充電時比較該實時電壓與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)充電電壓，得到充電電壓校正信號； 第一超級電容電壓補(bǔ)償單元，與所述充電電壓比較單元連接，用于在為超級電容充電時根據(jù)該充電電壓校正信號調(diào)整超級電容兩端的電壓，當(dāng)該充電電壓校正信號指示該實時電壓大于該標(biāo)準(zhǔn)充電電壓時控制調(diào)小超級電容兩端的電壓，當(dāng)該充電電壓校正信號指示該實時電壓小于該標(biāo)準(zhǔn)充電電壓時控制調(diào)大超級電容兩端的電壓。
2.如權(quán)利要求I所述的紋波補(bǔ)償電路，其特征在于，還包括 超級電容充電電壓采樣單元，用于在為超級電容充電時采樣超級電容兩端的實時電壓； 超級電容電壓比較單元，與所述超級電容充電電壓采樣單元連接，用于在為超級電容充電時比較該實時電壓與標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓，得到超級電容電壓校正信號； 第二超級電容電壓補(bǔ)償單元，與所述超級電容電壓比較單元連接，用于在為超級電容充電時根據(jù)該超級電容電壓校正信號調(diào)整超級電容兩端的電壓，當(dāng)該超級電容電壓校正信號指示該實時電壓大于該標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓時控制調(diào)小超級電容兩端的電壓，當(dāng)該充電電壓校正信號指示該實時電壓小于該標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓時控制調(diào)大超級電容兩端的電壓； 該標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓為當(dāng)電網(wǎng)側(cè)輸入標(biāo)準(zhǔn)充電電壓時超級電容兩端的電壓。
3.如權(quán)利要求2所述的紋波補(bǔ)償電路，其特征在于，還包括 超級電容電壓調(diào)整單元，分別與所述充電電壓比較單元和所述超級電容電壓比較單元連接，用于在為超級電容充電時根據(jù)所述充電電壓校正信號和所述超級電容電壓校正信號，將所述超級電容兩端的電壓調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓。
4.如權(quán)利要求3所述的紋波補(bǔ)償電路，其特征在于， 所述超級電容電壓調(diào)整單元，還與所述超級電容充放電裝置的驅(qū)動電路連接，進(jìn)一步用于在為超級電容充電時根據(jù)所述充電電壓校正信號、所述超級電容電壓校正信號、所述電網(wǎng)側(cè)輸入的實時電壓和所述超級電容兩端的實時電壓，控制調(diào)整所述驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動脈沖的占空比，以將該超級電容兩端的電壓調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)超級電容電壓。
5.如權(quán)利要求I所述的紋波補(bǔ)償電路，其特征在于，還包括 電網(wǎng)側(cè)放電電壓采樣單元，用于在超級電容向電網(wǎng)側(cè)放電時采樣電網(wǎng)側(cè)的實時電壓； 供電電壓比較單元，與所述電網(wǎng)側(cè)放電電壓采樣單元連接，用于在超級電容向電網(wǎng)側(cè)放電時比較該電網(wǎng)側(cè)的實時電壓和預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)供電電壓，得到供電電壓校正信號； 供電電壓調(diào)整單元，與所述供電電壓比較單元連接，用于在超級電容向電網(wǎng)側(cè)放電時根據(jù)該供電電壓校正信號將電網(wǎng)側(cè)的電壓調(diào)整為該標(biāo)準(zhǔn)供電電壓。
6.如權(quán)利要求5所述的紋波補(bǔ)償電路，其特征在于，還包括超級電容放電電壓采樣單元，其用于在超級電容向電網(wǎng)側(cè)放電時采樣超級電容兩端的實時電壓； 所述供電電壓調(diào)整單元，還分別與所述超級電容放電電壓采樣單元和所述超級電容充放電裝置的驅(qū)動電路連接，進(jìn)一步用于在超級電容向電網(wǎng)側(cè)放電時根據(jù)該供電電壓校正信號以及該電網(wǎng)側(cè)的實時電壓，控制調(diào)整所述驅(qū)動電路輸出的驅(qū)動脈沖的占空比，以將電網(wǎng)側(cè)的電壓調(diào)整為該標(biāo)準(zhǔn)供電電壓。
7. 一種超級電容充放電裝置，包括主電路、控制電路和驅(qū)動電路；所述控制電路，與所述驅(qū)動電路連接，用于控制所述驅(qū)動電路向所述主電路提供驅(qū)動脈沖；所述主電路的第一端接入電網(wǎng)側(cè)，所述主電路的第二端連接于超級電容的兩端，其特征在于，所述控制電路包括如權(quán)利要求I至6中任一權(quán)利要求所述的紋波補(bǔ)償電路，所述紋波補(bǔ)償電路分別與所述主電路的第一端和所述驅(qū)動電路連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種紋波補(bǔ)償電路和超級電容充放電裝置。所述紋波補(bǔ)償電路包括電網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣單元，用于在為超級電容充電時采樣電網(wǎng)側(cè)輸入的實時電壓；充電電壓比較單元，與所述電網(wǎng)側(cè)充電電壓采樣單元連接，用于在為超級電容充電時比較該實時電壓與預(yù)先設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)充電電壓，得到充電電壓校正信號；第一超級電容電壓補(bǔ)償單元，與所述充電電壓比較單元連接，用于在為超級電容充電時根據(jù)該充電電壓校正信號調(diào)整超級電容兩端的電壓。本發(fā)明取消了電網(wǎng)側(cè)直流濾波大容量電容，并在為超級電容充電過程中減小由電網(wǎng)側(cè)輸入的脈動電壓引起的超級電容兩端輸出紋波電壓。
文檔編號H02M3/155GK102868287SQ201210358308
公開日2013年1月9日 申請日期2012年9月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月24日
發(fā)明者李明, 高峰, 邵楠, 郝明遠(yuǎn), 汪星華 申請人:唐山軌道客車有限責(zé)任公司