4. 根據(jù)權利要求3所述的基于有源嵌位軟開關電源的電力超級電容均壓方法，其特征 在于，所述有源嵌位開關電源(2)的拓撲電路采用同步整流方式，該拓撲電路包括24V恒壓 源Vin、流控電流源i3/k、壓控電壓源kVl、激磁電感Lm、一次側漏感k、二次側漏感Lsr、濾波電 感Lo、主開關管Si、有源嵌位輔助開關管S2、第一同步整流開關管S3、第二同步整流開關管S4、 濾波開關管S5、第一體二極管化、第二體二極管化、第Ξ體二極管化、第四體二極管〇4、第五體 二極管化、第一電容Cr、第二電容C2、第Ξ電容C3、第四電容C4、第五電容C5、有源嵌位電容Cl、 濾波電容Co和負載電阻化，其中等效變壓器一次側等效為激磁電感Lm和流控電流源i3/k并 聯(lián)然后與一次側漏感以串聯(lián)結構，等效變壓器二次側等效為壓控電壓源kVi與二次側漏感 Lsr串聯(lián)結構，k為變壓器一次側線圈m與二次側線圈m的應數(shù)之比； 所述24V恒壓源Vin的正極與一次側漏感k的一端連接，一次側漏感k的另一端與激磁電 感Lm的一端連接，激磁電感Lm的另一端同時與有源嵌位電容Cl的一端、主開關管Si的漏極、 第一體二極管化的陰極和第一電容Cr的一端連接，有源嵌位電容Cl的另一端同時與第二電 容C2的一端、第二體二極管化的陽極、有源嵌位輔助開關管S2的源極連接，第二電容C2的另 一端同時與24V恒壓源Vin的負極、第二體二極管化的陰極、有源嵌位輔助開關管S2的漏極、 主開關管Si的源極、第一體二極管化的陽極和第一電容Cr的另一端連接，流控電流源i3/k與 激磁電感Lm并聯(lián)， 壓控電壓源kVl的正極與二次側漏感Lsr的一端連接，二次側漏感Lsr的另一端同時與濾 波開關管Ss的漏極、第五體二極管化的陰極、第五電容Cs的一端和濾波電感Lo的一端連接， 濾波電感L 0的另一端同時與濾波電容C 0的一端和負載電阻化的一端連接，負載電阻化的另 一端同時與濾波電容Co的另一端、濾波開關管Ss的源極、第五體二極管化的陽極、第五電容 C5的另一端、第四電容C4的一端、第二同步整流開關管S4的漏極和第四體二極管D4的陰極連 接，第四電容C4的另一端同時與第四體二極管〇4的陽極、第二同步整流開關管S4的源極、第 一同步整流開關管S3的源極、第Ξ體二極管化的陽極和第Ξ電容C3的一端連接，第Ξ電容C3 的另一端同時與第一同步整流開關管S3的漏極、第Ξ體二極管化的陰極和壓控電壓源kVi的 負極連接。5. 根據(jù)權利要求4所述的基于有源嵌位軟開關電源的電力超級電容均壓方法，其特征 在于，所述有源嵌位開關電源(2)工作方式為電流閉環(huán)，正常工作在恒流源模式，超級電容 單體電壓經(jīng)過低通濾波器濾波后與電壓保護值進行比較，當中央控制器（1)輸出的控制信 號為允許有源嵌位開關電源(2)工作，且超級電容單體電壓低于電壓保護值時，電流給定值 為電流給定I;當中央控制器(1)輸出的控制信號為允許有源嵌位開關電源(2)工作，且超級 電容單體電壓高于電壓保護值時，電流給定值為ο;電流給定值與充電電流反饋值進行減法 運算，經(jīng)過ΡΙ電流調(diào)節(jié)器，最后將輸出結果發(fā)送至PWM脈沖生成單元，所述PWM脈沖生成單元 產(chǎn)生的PMW脈沖信號用于控制有源嵌位開關電源(2)的開關狀態(tài)。6.根據(jù)權利要求5所述的基于有源嵌位軟開關電源的電力超級電容均壓方法，其特征 在于，所述有源嵌位開關電源(2)工作中的每一個周期時序分為八個階段， 階段1: 主開關管Si、第一同步整流開關管S3和第二同步整流開關管S4開通，電流i3和電流i4完 成換流，起始時刻to時激磁電感Lm兩端電壓為：Δ?為電流?增量，Aim為勵磁電流im增量，D為PWM占空比，Ts為PWM周期； 階段2: tl時刻，主開關管Si關斷，電流il對第一電容Cr充電，第一電容Cr兩端電壓達到Vin前，激 磁電感Lm兩端的電壓一直為正，流經(jīng)激磁電感Lm的勵磁電流im繼續(xù)增加，由于第一電容Cr兩 端電壓達到Vin所用時間非常短，忽略勵磁電流在此時間段內(nèi)的增量，同時電流icL對第二 電容C2充電，若〔2 =紅=〔5<<。，其中，〔5表不電容值，現(xiàn)1第一電容Cr兩端電壓為：當忽略電流i3在此時間段內(nèi)的增量，則電流i3為階段3: t2時刻，當?shù)谝浑娙軨r兩端電壓Vcr達到Vin時，激磁電感Lm兩端電壓為負，電流i3開始減 小，電流i4開始增大，電流i4對第五電容C5放電，由于第五電容C5的容抗很小，而且電流i4的 電流值很大，因此忽略放電時間，電流i4對第五電容C5放電結束后，第五體二極管化導通，在 忽略二次側漏感Lsr壓降情況下，激磁電感Lm兩端電壓Vl被錯位為零，此時一次側漏感以與〔2 二Cr二Cs諧振，則：忽略階段2中電流i3的增加量時，iLr(tl) - iLr(t2)，該階段在第一電容Cr兩端電壓Vcr增 力岐ljVin/(l-D)時結束，此時第二電容C2兩端電壓Vs2為零； 階段4: t3時刻，由于Vs2 = 0,并且電流iLr(t)不能突變，所W此時第二體二極管化導通，同時第 一電容C廂端電壓Vcr(t)=Vin/(l-D)被錯位，此時電流il = 0,由于第二體二極管化導通，有 源嵌位輔助開關管S2零電壓開通，此時第一同步整流開關管S3關閉，同時由于第五體二極管 化的錯位作用，濾波開關管S5零電壓開通，此時，電流i4流經(jīng)濾波開關管S5，電流i3流經(jīng)第Ξ 體二極管〇3和第四體二極管〇4,由于Vcr(t)-Vin = DVin/(l-D)加在一次側漏感以兩端，此時電 流山下降，則：電流iLr(t3)根據(jù)階段3時一次側漏感以中的能量轉移到C2 = Cr = Cs中，使第一電容Cr兩 端升高的電壓為DVin/ (1-D)，則：階段5: t4時刻，電流i3和電流i4換流結束，由于第二體二極管化的錯位作用，有源嵌位輔助開關 管S2零電壓開通，由于換流結束，所W第二同步整流開關管S4零電流關斷，此時，錯位電壓 VcL = DVin/ ( 1-D)加在激磁電感Lm和一次側漏感以的串聯(lián)電路兩端，同時，濾波電感Lo兩端電 壓為-Vq，則：階段6: t5時刻，有源嵌位輔助開關管S2關斷，在有源嵌位輔助開關管S2關斷前，電流為負，由于 有源嵌位輔助開關管S2繼續(xù)導通，電流im反方向增大，將t=(l-D)巧代入階段5中的公式中，獲得：由于有源嵌位輔助開關管S2關斷，此時電流ia將一半電流轉移到ii為第一電容Cr放電， 另一半為第二電容C2反向充電，即此時激磁電感Lm和一次側漏感k的串聯(lián)電路與C2 = Cr = Cs 諧振，則：階段7: t6時刻，第一電容Cr兩端電壓降為零，且第一體二極管化導通，此時激磁電感Lm和一次側 漏感k的串聯(lián)電路與C2 = Cr = Cs仍處于諧振階段，由于第一體二極管化導通，主開關管Si零 電壓開通，同時第一同步整流開關管S3開通，第二同步整流開關管S4和濾波開關管S5關斷， 電流i3 = 〇,二次側沒有電流感應到一次側，電流i4轉移到第五體二極管化中； 階段8: t7時刻，第二同步整流開關管S4開通，電流i3和電流i4換流，換流期間電流i3中電流感生 到一次側形成流控電流源i3/k，此時一次側電壓Vl加在二次側漏感Lsr兩端，則：在電流i3和電流i4換流結束后開始下一周期時序并循環(huán)W上八個階段。
【專利摘要】基于有源嵌位軟開關電源的電力超級電容均壓裝置及方法，涉及電力超級電容器均壓控制領域。解決了現(xiàn)有超級電容均壓技術中存在能量轉移慢和不適用于電力超級電容器的問題。中央控制器采用由一個CPU以及通訊模塊與開關管驅動模塊等組成的控制系統(tǒng)實現(xiàn)，通過控制超級電容電壓采樣單元采集每個超級電容單體的電壓，并計算超級電容組的電壓平均值；斷第p個超級電容單體電壓是否滿足Vp<Vaverage，是，則控制與其相連的有源嵌位開關電源打開，此時第p個超級電容單體電壓升高，其他超級電容單體電壓下降；循環(huán)執(zhí)行上述過程，直至每個超級電容單體電壓都滿足Vaverage-△V<Vj<Vaverage+△V，1≤j≤n，△V為系統(tǒng)允許的超級電容單體端電壓偏差值，系統(tǒng)完成均壓任務。
【IPC分類】H02J7/34
【公開號】CN105576795
【申請?zhí)枴緾N201511029320
【發(fā)明人】凡紹桂, 段建東, 孫力, 肖倩, 劉云霞
【申請人】哈爾濱工業(yè)大學
【公開日】2016年5月11日
【申請日】2015年12月30日