電動汽車大功率直流充電機/樁的三相pfc整流裝置及控制方法

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電動汽車大功率直流充電機/樁的三相pfc整流裝置及控制方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電動汽車大功率直流充電機/樁三相PFC整流裝置及控制方法，采用三相三橋臂拓撲結(jié)構(gòu)，具有功率因數(shù)校正功能，輸出電壓等級可控且穩(wěn)態(tài)誤差小。本裝置輸出具有恒壓控制模式和恒流控制模式，具有電壓、電流、溫度保護以及帶上電保護的IGBT驅(qū)動電路，在直流輸出側(cè)增加預(yù)啟動/防反灌模塊，有效提高了本裝置的安全性和可靠性。本裝置采用電網(wǎng)電壓定向的閉環(huán)控制和三相數(shù)字鎖相環(huán)緊密結(jié)合的控制方法，并運用SVPWM調(diào)制方法，提高了直流側(cè)電壓利用率、減少了網(wǎng)側(cè)電流諧波含量、響應(yīng)速度快且啟動電流小。該裝置具有網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高、整機工作效率高、網(wǎng)側(cè)諧波少、響應(yīng)速度快、啟動電流小、安全可靠等特點，不僅可用于電動汽車大功率直流充電機/樁，也可用于其他大功率電源場合。
【專利說明】
電動汽車大功率直流充電機/樁的三相PFC整流裝置及控制方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于一種電動汽車大功率直流充電機/粧的三相PFC整流裝置及控制方法，具體而言是一種應(yīng)用于電動汽車電池充電，具有高功率因數(shù)、清潔環(huán)保、安全性強、可靠性高的可控恒壓或恒流輸出裝置及控制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著不可再生能源的不斷減少，推動新能源的快速發(fā)展已經(jīng)成為當(dāng)務(wù)之急，在汽車工業(yè)中，電動汽車應(yīng)運而生，它作為一種發(fā)展前景廣闊的綠色交通工具，今后的普及速度會異常迅猛，未來的市場前景也是異常巨大的。而作為電動汽車的重要配套設(shè)施，電動汽車充電機/粧越來越受到社會和國家的高度重視。
[0003] 電動汽車充電裝置總體可以分為車載充電裝置和非車載充電裝置。車載充電裝置指安裝在電動汽車上的采用地面交流電網(wǎng)和車載電源對電池組進行充電的裝置，包括車載充電機、車載充電發(fā)電機組和運行能量回收充電裝置，將一根帶插頭的交流動力電纜線直接插到電動汽車的充電插座中給蓄電池充電。車載充電裝置通常使用結(jié)構(gòu)簡單、控制方便的接觸式充電器，也可以是感應(yīng)充電器。它完全按照車載蓄電池的種類進行設(shè)計，針對性較強。非車載充電裝置，即地面充電裝置，主要包括專用充電機/粧、專用充電站、通用充電機/ 粧、公共場所用充電站等，它可以滿足各種電池的各種充電方式。非車載充電裝置相當(dāng)于汽車加油站，它給任何一輛需要充電的電動汽車提供充電服務(wù)。
[0004] 對車載充電機/粧和非車載充電機/粧，從三相電網(wǎng)取電進行AC/DC整流變換，提供穩(wěn)定的直流電壓源都是非常重要的環(huán)節(jié)，這一環(huán)節(jié)直接關(guān)系到電能質(zhì)量、功率因素、整機效率、發(fā)熱量、安全和可靠性等。目前市場上大部分采用多個小功率模塊并聯(lián)方式提供穩(wěn)定的直流電壓源，具有以下缺陷：
[0005] 1)設(shè)備體積大。采用多個小模塊并聯(lián)的裝置通常需要占用很大空間，在車載充電機/粧上難于應(yīng)用，而在非車載充電機/粧上，往往需要占用一個獨立的充電房間，這在擁擠的城市中實現(xiàn)成本高，限制了非車載充電機/粧的使用范圍。
[0006] 2)轉(zhuǎn)換效率低。采用多個小功率模塊并聯(lián)方式造成多個開關(guān)器件都有熱損耗，降低整機效率，同時，需要增加配套其他散熱措施，進一步降低了充電機/粧的效率。
[0007] 3)設(shè)備成本高，故障率高。多個模塊需要成倍數(shù)增加設(shè)備成本以及配套的散熱設(shè) 備成本，并且有任何一個模塊出現(xiàn)故障，都可能會導(dǎo)致其他模塊以至于整個充電機/粧失去工作能力。
[0008]大功率三相PFC整流裝置和控制方法隨著電子科技的進步已有了長足的發(fā)展，但隨著新能源新設(shè)備的出現(xiàn)，仍有不少問題需進一步研究解決，特別是適合于電動汽車大功率直流充電機/粧的新型三相PFC整流裝置和控制方法急需研究開發(fā)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 本發(fā)明的目的是提供一種輸出電壓等級可控，網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高，整機效率高，成本低，維護方便，體積小，故障率低，運行可靠性高的用于電動汽車大功率直流充電機/粧的三相PFC整流裝置及控制方法，以克服上述的不足。
[0010] 為了實現(xiàn)上述目的，本專利所采用的技術(shù)方案是：
[0011] 一種電動汽車大功率直流充電機/粧的三相PFC整流裝置，包括PFC整流升壓調(diào)節(jié) 模塊（100)、預(yù)啟動/防反灌模塊（110)、交流電壓電流A/D采樣模塊（120)、三相數(shù)字鎖相環(huán) 模塊（130)、三相/二相變換器模塊（140)、帶上電保護的IGBT驅(qū)動模塊（150)、SVPWM運算模塊(151)、二相動/二相靜逆變換模塊(152)、雙路乘法器模塊(160)、雙路加法器模塊(170)、雙路比例積分運算模塊(171 )、三路比較器模塊(172)和邏輯控制器模塊(180)。
[0012] 三相電網(wǎng)電壓引腳輸出端Ua、Ub、Uc分別與電感La、Lb、Lc的輸入端ULa+、ULb+、ULc+、相連接，電感La、Lb、Lc的輸出端ULa-、ULb-、ULc-分別通過電流檢測1、2、3與PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)節(jié)點U、L 2、L3輸入端相連接，整流輸出端Ubus+與預(yù)啟動/防反灌模塊（110)輸入端 Ustart_in相連接，預(yù)啟動/防反灌模塊(110 )的輸出端Ustart_cmt與Ucmt+相連接，Ucmt+通過電流檢測4與輸出電容C和負載并聯(lián)電路的一端U C+相連接，PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)輸出端Ubus-與Uciut-相連接，Uqut-與輸出電容C和負載并聯(lián)電路的一端Uo相連接。
[0013]檢測電壓值eA、eB、ec和檢測電流值Ia、Ib、I c分別與交流電壓電流A/D采樣模塊 (120)輸入端1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6相連接，交流電壓電流六/1)采樣模塊(120)的輸出采樣值e A(k)、eB(k)、ec(k)、IA(k)、IB(k)、Ic(k)通過輸出端0-1、0-2、0-3、0-4、0-5、0-6與三相/ 二相變換器模塊（140)的輸入端1-7、1-8、1-9、1-10、1-11、1-12相連接，三相/二相變換器模塊（140)的2路輸出值 ea (k )、ee (k)通過輸出端0-7、0-8與三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)的輸入端1-14、1-15相連接，三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊(130)的輸出相位值0(k)通過輸出端0-13分別與三相/二相變換器模塊（140)的輸入端1-13和二相動/二相靜逆變換模塊（152)的輸入端1_ 16相連接;三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)的輸出值ω(1〇通過輸出端0-14與乘法器C(190)-輸入端相連，常量電感值1與乘法器C(190)另一輸入端相連，乘法器C(190)輸出ω?與雙路乘法器模塊（160)的輸入端1-34和1-35相連接;三相/二相變換器模塊（140)的輸出值e d(k)、eq (k)通過輸出端0-9、0-10分別與雙路加法器模塊（170)的輸入端I-17、I-18相連接，三相/二相變換器模塊（140)的輸出值Id(k)通過輸出端0-11與三路比較器模塊（172)的輸入端1-20 和雙路乘法器模塊（160)輸入端1_36相連接，三相/二相變換器模塊（140)的輸出值I q(k)通過輸出端0-12與三路比較器模塊（17 2)的輸入端I -19和雙路乘法器模塊（160)輸入端I -33 相連接，三路比較器模塊（172)的輸入值I qref (k)通過輸入端I -21與無功電流常數(shù)相連接，三路比較器模塊(172)的輸入值Iref(k)通過輸入端1-22與有功電流常數(shù)相連接，電流檢測4 的輸出值I cmt (k)與三路比較器模塊（172)輸入端I -23相連接，三路比較器模塊（17 2)的輸入值mode通過輸入端1-24與邏輯控制器（180)輸出端0-32相連接，三路比較器模塊（172)的輸入值U ref(k)通過輸入端1-25與輸出電壓常數(shù)相連接，電壓檢測4的輸出值lUt(k)分別與三路比較器模塊（172)的輸入端I-26相連接，三路比較器模塊（172)的輸出值Δ eid (k)、Δ ei(1 (k)通過輸出端0-15、0-16分別與雙路比例積分運算模塊模塊（171)的輸入端I -27、I -28相連接，雙路比例積分運算模塊模塊（171)的輸出值Vd(k)、vq(k)通過輸出端0-17和0-18經(jīng)過反相器后與雙路加法器模塊（170)的輸入端1-29、1-30相連接，雙路乘法器模塊（160)的輸出值ω 1 Iq(k)通過輸出端0-21與雙路加法器模塊（170)的輸入端1-32相連接，雙路乘法器模塊（160)的輸出值c〇lId(k)通過輸出端0-22經(jīng)過反相器后與雙路加法器模塊（170)的輸入端I_31相連接，雙路加法器模塊（170)輸出值Uq(k)、Ud(k)通過輸出端0-19、0-20與二相動/二相靜逆變換器模塊（152)的輸入端1-37、1-38相連接，二相動/二相靜逆變換器模塊 (152)輸出值Ua (k)、Ue (k)通過輸出端0-23、0-24與SVPWM運算模塊(151)的輸入端1-39、I -40 相連接，SVPWM運算模塊(151)的輸出值33、瓦、Sb、、S c、瓦通過輸出端0-25、0_26、0-27、0-28、0-29、0-30分別與6個與邏輯運算器的一端相連接，6個與邏輯運算器的另一端與邏輯控制器的輸出端0-31相連接，6個與邏輯運算器的輸出值分別與帶上電保護的IGBT驅(qū)動模塊 (151)的輸入端1-41、1-42、1-43、1-44、1-45、1-46相連接。帶上電保護的1681'驅(qū)動模塊產(chǎn)生的 6 路驅(qū)動信號 61、62、63、64、65、66分別與16811、168了2、168了3、168了4、168了5、168了6的門極相連接，驅(qū)動PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)的IGBT1~IGBT6;溫度檢測輸出T與邏輯控制器 (180)輸入端1-47相連接，電壓檢測4的檢測值Ucmt(k)與邏輯控制器（180)輸入端1-48相連接，電流檢測4的檢測值1_(1〇與邏輯控制器的輸入端1-49相連接，邏輯控制器的（180)輸出信號J1通過輸出端0-33與預(yù)啟動/防反灌模塊的輸入端相連接，邏輯控制器（180)的輸出信號J2通過輸出端0_34與散熱風(fēng)扇相連接。
[0014]利用上述電動汽車大功率直流充電機/粧的三相PFC整流裝置的控制方法是：，所述三相/二相變換器模塊（140)內(nèi)的雙路三相/二相變換器模塊(210)接收到交流電壓電流 A/D采樣模塊(120)的采集值以〇〇、拙(1〇、漢(1〇、1眾1〇、18〇〇、1。〇〇，經(jīng)過計算后，產(chǎn)生輸出值ea(k)、 e{!(k)、Ia(k)、If!(k)送到雙路二相靜/二相動變換器模塊(220)，又將輸出值ea(k)、 efs(k)送到三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)。雙路二相靜/二相動變換器模塊(220)接收到ea(k)、郎(1〇、1。(1〇、1 {!〇〇和三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（13〇)的輸出相位0〇〇，經(jīng)運算后;通過輸出端〇-9、〇-10、〇-11、〇-12輸出6<1(1〇、6 (1(1〇、1(1(1〇、1(1(1〇〇
[0015]所述三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)輸入端1-14、1-15接收到ea(k)、e{!(k)后，經(jīng)二相靜/二相動變換器模塊(310)運算，產(chǎn)生輸出值^^。將^輸入給比例積分運算模塊1(320)，輸出當(dāng)前電網(wǎng)電壓相位θ(1〇值，一路將相位θ(1〇值送入數(shù)據(jù)緩存模塊(340)，數(shù) 據(jù)緩存模塊(340)反饋0(k-l)回二相靜/二相動變換器模塊(310)，一路將相位θ(1〇值通過微分運算模塊(330)，輸出當(dāng)前電網(wǎng)電壓角頻率ω (k)值。
[0016] 所述三路比較器模塊（172)輸入信號UreKkhlreKkhUkhlcmtU)分別與選擇開關(guān)S(450)的4個輸入端相連，選擇開關(guān)S(450)的控制端mode控制輸入信號U ref(k)、Ucmt(k) 或Ι:βΚ?〇、Ι_(1〇的選通;選擇開關(guān)S(450)的兩個輸出端分別與比較器1(410)的+正極和-負極相連，比較器1(410)的輸出e u(k)連接比例積分運算模塊2(440)，其輸出Idref(k)與比較器2(420)的+正極相連，比較器2(420)的-負極與輸入Id(k)相連，比較器2(420)產(chǎn)生輸出信號A eid(k);比較器3(430)的+正極與輸入Iqref(k)相連接，比較器3(430)的-負極與輸入I q (k)相連接，比較器3(430)產(chǎn)生輸出信號Δ eiq(k)。
[0017] 所述邏輯控制器（180)能夠獨立實時監(jiān)控該PFC整流裝置的輸出電壓、輸出電流和當(dāng)前裝置的溫度，當(dāng)整個裝置運行出現(xiàn)過壓、欠壓、過流、過溫時，可以獨自將邏輯信號k置低，將6路驅(qū)動信號鎖存在低電平，關(guān)斷IGBT1~IGBT6;邏輯控制器（180)的mode可以根據(jù)用戶的需求自動切換該PFC整流裝置的運行狀態(tài)是在恒壓控制模式或者恒流控制模式;邏輯控制器（180)的J1控制預(yù)啟動/防反灌模塊（110)的繼電器J1的常開開關(guān)的狀態(tài)，配合預(yù)啟動過程;邏輯控制器(180)的J2根據(jù)當(dāng)前裝置的溫度控制散熱風(fēng)扇的啟動和停止。
[0018] 所述預(yù)啟動/防反灌模塊(110)輸入端Ustart_in與二極管D的陽極相連接，二極管D的陰極與電阻R和繼電器J1并聯(lián)電路的一端相連接，電阻R和繼電器J1并聯(lián)電路的另一端與預(yù) 啟動/防反灌模塊（110)的輸出端Ustaryut相連接，繼電器J1的電磁線圈與預(yù)啟動/防反灌模塊(110)的端口 1^相連接;預(yù)啟動/防反灌模塊可以有效抑制啟動沖擊電流，當(dāng)輸出電容C的電壓等級未達到設(shè)定值時，邏輯控制器（180)控制繼電器J1常開開關(guān)斷開，預(yù)啟動電流通過二極管D再經(jīng)過電阻R給輸出電容C充電；當(dāng)輸出電容C的電壓等級達到設(shè)定值后，邏輯控制器（180)控制繼電器J1常開開關(guān)閉合將電阻R短路，由二極管D組成單向?qū)щ娡ǖ?，即使由?故障導(dǎo)致升壓調(diào)節(jié)模塊的某一個IGBT橋臂上下管同時導(dǎo)通或者突然停電，二極管D也能及時防止輸出電容C被IGBT短路，發(fā)生電流反灌的情況，保護IGBT乃至整個設(shè)備的安全。
[0019] 所述裝置的控制方法為:該裝置啟動前繼電器J1常開開關(guān)斷開，邏輯控制器k輸出信號保持低電平關(guān)斷IGBT1~IGBT6，PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)通過6個二極管D1、D2、D3、 D4、D5、D6進行不控整流，預(yù)啟動電流通過電阻R對輸出電容C進行預(yù)充電；當(dāng)輸出電容C的電壓等級達到設(shè)定值后，繼電器J1常開開關(guān)閉合，二極管D和繼電器J1的常開開關(guān)閉合組成單向?qū)щ娡ǖ?，繼續(xù)為負載端供電；
[0020] 與此同時，交流電壓電流A/D采樣模塊（120)采集交流側(cè)電壓值和電流值，輸送給三相/二相變換器模塊（140)。三相/二相變換器模塊（140)計算坐標(biāo)系下電網(wǎng)電壓電動 (k)、ee(k)和交流電流值Ia(k)、Ifs(k)，三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)根據(jù)ea(k)和ee(k)計算當(dāng) 前電網(wǎng)電壓的相位Θ (k)和角頻率ω (k)，并把相位Θ (k)輸入三相/二相變換器模塊（140)計算運動坐標(biāo)系下電網(wǎng)電壓電動勢ed(k)、eq(k)和交流電流值Id(k)、I q(k)。邏輯控制器（180) 根據(jù)用戶需求控制三路比較器模塊(172)運行在恒壓控制模式或者恒流控制模式。
[0021] 在恒壓控制模式下，邏輯控制器（180)通過mode信號控制三路比較器模塊（172)，選擇開關(guān)s(450)控制輸入信號UreKkhlUtGO送入比較器1(410)，1^〇〇與1]。以1〇作比較， eu(k)輸入給比例積分運算模塊2(440)，計算電流內(nèi)環(huán)有功分量目標(biāo)值Idref(k)，I dref(k)與 Id(k)通過比較器2(420)作比較計算Δ eid(k)，電流內(nèi)環(huán)無功分量Iqref (k)與Iq(k)通過比較器3(430)作比較計算Δ eiq(k); Δ eid(k)和Δ eiq(k)通過雙路比例積分運算模塊（171)計算電感電壓目標(biāo)值vd(kWPVq(k)， Vd(kWPVq(k)符號取反后送入雙路加法器模塊（170)，雙路乘法器模塊（160)計算當(dāng)前解耦分量ω llq(k)和ω lld(k)，ω llq(k)與符號取反后的ω lld (k) 一并進入雙路加法器模塊（170)，雙路加法器模塊（170)根據(jù)本控制周期的輸入量計算出本周期PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)橋臂側(cè)電壓直流量Ud(k)和U q(k)，二相動/二相靜逆變換器模塊（152)利用三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)的輸出相位θ(1〇將Ud(k)和U q(k)還原為靜止坐標(biāo)系下的電壓值Ua(k)和Uf!(k)。
[0022] 在恒流控制模式下，邏輯控制器通過mode信號控制三路比較器模塊，選擇開關(guān)S (450)控制輸入信號IreKkUoutGO送入比較器l(410)，Iref(k)與IQUt(k)作比較，e u(k)輸入給比例積分運算模塊2(440)，得到電流內(nèi)環(huán)有功分量目標(biāo)值Idref(k)，I dref(k)與Id(k)通過比較器2(420)作比較計算Aeid(k)，電流內(nèi)環(huán)無功分量I qref(k)與Iq(k)通過比較器3(430) 作比較計算Δ eiq(k); Δ eid(k)和Δ eiq(k)通過雙路比例積分運算模塊（171)計算電感電壓目標(biāo)值vd(kWPVq(k)，Vd(kWP Vq(k)符號取反后進入雙路加法器模塊（170)，雙路乘法器模塊(160)計算當(dāng)前解耦分量ω llq(k)和ω lld(k)，ω llq(k)與符號取反后的ω lld(k)-并進入雙路加法器模塊（170)，雙路加法器模塊（170)根據(jù)本控制周期的輸入量計算出本周期 PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊(100)橋臂側(cè)電壓直流量Ud (k)和Uq(k)，二相動/二相靜逆變換器模塊 (152)利用三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)的輸出相位θ(1〇將Ud(k)和U q(k)還原為靜止坐標(biāo)系下的電壓值Ua(k)和Uf!(k)。
[0023] Ua(k)和Ufi(k)通過SVPWM運算模塊（151)輸出6路驅(qū)動電平信號，并通過6個與邏輯門和邏輯控制器的k信號進行與邏輯運算，當(dāng)輸出電容C的電壓等級達到設(shè)定值且無過壓、欠壓、過流和過溫時，邏輯控制器（180)控制k為高電平，六路驅(qū)動電平信號S a、f、Sb、；5、 Sc、f正常送入進帶上電保護的IGBT驅(qū)動模塊（150)，并產(chǎn)生正常6路驅(qū)動信號驅(qū)動PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)的IGBT1~IGBT6開通或者關(guān)斷，整個裝置正常工作；當(dāng)輸出電容C的電壓等級未達到設(shè)定值或者出現(xiàn)過壓、欠壓、過流和過溫故障時，邏輯控制器瞬時將k置低電平，六路驅(qū)動電平信號S a、:^、義、瓦、&、瓦經(jīng)過與邏輯運算都被置低，帶上電保護的1681'驅(qū) 動模塊即刻輸出6路負壓驅(qū)動信號，關(guān)斷PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)的IGBT1~IGBT6,整個裝置停止工作；當(dāng)設(shè)備完成充電工作需要停止時，邏輯控制器（180)控制k為低電平，關(guān)斷 PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊(100)的IGBT1~IGBT6，整個裝置停止工作。
[0024] 本發(fā)明避免了傳統(tǒng)的采用多個小功率模塊并聯(lián)進行升壓整流來給電動汽車大功率直流充電機/粧提供恒定電源的方式，由于只用一套大功率三相PFC升壓整流裝置，設(shè)備體積小巧靈活，使用戶組裝方便，結(jié)構(gòu)改造也變得極其方便、實用;采用多重保護機制，使本裝置即使受到外部干擾也能安全穩(wěn)定運行;采用預(yù)啟動/防反灌裝置，使設(shè)備更安全可靠；采用電網(wǎng)電壓定向的閉環(huán)控制和三相數(shù)字鎖相環(huán)緊密結(jié)合的控制方法，提高了網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)和暫態(tài)響應(yīng)速度、降低了網(wǎng)側(cè)電流諧波含量。
[0025]本發(fā)明適用于電動汽車大功率直流充電機/粧的三相PFC整流裝置，它能夠提供穩(wěn) 定的直流電源，且具備網(wǎng)側(cè)功率因數(shù)高、整機效率高、設(shè)備體積小、成本低、可靠性高、維護簡單等諸多優(yōu)勢。邏輯控制器的微控制器(M⑶)可以為DSP系列芯片、PIC系列芯片，也可為其它各種單片機控制芯片，均應(yīng)納入在本專利的權(quán)利保護范圍內(nèi)。
【附圖說明】
[0026]圖1為本發(fā)明的原理框圖。
[0027]圖2為本發(fā)明三相/二相變換器模塊(140)的原理框圖。
[0028]圖3為本發(fā)明三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊(130)的原理框圖。
[0029]圖4為本發(fā)明三路比較器模塊(172)的原理框圖。
[0030]圖5為本發(fā)明的控制方法流程圖。
【具體實施方式】
[0031]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步的描述，但該實施例不應(yīng)理解為對本發(fā) 明的限制。
[0032]本發(fā)明主體結(jié)構(gòu)如圖1所示，采用模塊化控制結(jié)構(gòu)，負載輸出端電壓等級可控，裝置主體結(jié)構(gòu)包括PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊(100 )、預(yù)啟動/防反灌模塊(110 )、交流電壓電流A/D 采樣模塊（120)、三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)、三相/二相變換器模塊（140)、帶上電保護的 IGBT驅(qū)動模塊（150)、SVPWM運算模塊（151)、二相動/二相靜逆變換器模塊（152)、雙路乘法器模塊（160 )、雙路加法器模塊（170 )、雙路比例積分運算模塊（171 )、三路比較器模塊（17 2) 和邏輯控制器模塊(180)。
[0033] 在本實施例中，該裝置輸出功率可達66kW，三相交流電壓380V、頻率50HZ，恒壓控制模式下負載電壓Ucmt(k)為500V~750V可控，恒流控制模式下輸出直流電流均值Icmt(k)為 1~120A可控，三相電感La、Lb、L C取值0.8mH，預(yù)啟動電阻R取2k Ω /50W鋁殼大電阻，輸出電容 C容值為4000uf。
[0034] 本實施例中，三相電網(wǎng)電壓引腳輸出端UA、UB、Uc分別與電感La、Lb、Lc的輸入端UL A+、 ULb+、ULc+、相連接，電感La、Lb、Lc的輸出端ULa-、ULb-、ULc-分別通過電流檢測1、2、3與PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（1〇〇)節(jié)點ι^α 2α3輸入端相連接，整流輸出端ubus+與預(yù)啟動/防反灌模塊 (11〇)輸入端1^"0"相連接，預(yù)啟動/防反灌模塊（11〇)的輸出端1^"*__與1]_ +相連接， Ucmt+通過電流檢測4與輸出電容C和負載并聯(lián)電路的一端UC+相連接，PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊 (1〇〇)輸出端u bus-與UQUT-相連接，UQUT-與輸出電容C和負載并聯(lián)電路的一端Uc-相連接。
[0035] 檢測電壓值eA、eB、ec和檢測電流值Ia、Ib、Ic分別與交流電壓電流A/D采樣模塊 (120)輸入端1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6相連接，交流電壓電流六/1)采樣模塊(120)的輸出采樣值e A(k)、eB(k)、ec(k)、IA(k)、IB(k)、Ic(k)通過輸出端0-1、0-2、0-3、0-4、0-5、0-6與三相/ 二相變換器模塊（140)的輸入端1-7、1-8、1-9、1-10、1-11、1-12相連接，三相/二相變換器模塊（140)的2路輸出值 ea (k )、ee (k)通過輸出端0-7、0-8與三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)的輸入端1-14、1-15相連接，三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊(130)的輸出相位值0(k)通過輸出端0-13分別與三相/二相變換器模塊（140)的輸入端1-13和二相動/二相靜逆變換模塊（152)的輸入端I-16相連接;三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)的輸出值ω(1〇通過輸出端0-14與乘法器C(190)-輸入端相連；
[0036] 常量電感值1與乘法器C(190)另一輸入端相連，乘法器C(190)輸出ω?與雙路乘法器模塊（160)的輸入端1-34和1-35相連接，本實例中，ω?為常數(shù)0.2512;三相/二相變換器模塊（140)的輸出值e d (k)、eq(k)通過輸出端0_9、0_10分別與雙路加法器模塊（170)的輸入端1-17、1-18相連接，三相/二相變換器模塊（140)的輸出值Id(k)通過輸出端0-11與三路比較器模塊（172)的輸入端1_20和雙路乘法器模塊（160)輸入端1-36相連接，三相/二相變換器模塊（140)的輸出值I q(k)通過輸出端0-12與三路比較器模塊（172)的輸入端1-19和雙路乘法器模塊（160)輸入端1-33相連接，三路比較器模塊（172)的輸入值I qref(k)通過輸入端 1-21與無功電流常數(shù)相連接，本實例中，無功電流常數(shù)取值0;三路比較器模塊（172)的輸入值I rrf(k)通過輸入端1-22與有功電流常數(shù)相連接，本實例中，有功電流常數(shù)取值90;電流檢測4的輸出值I cmt (k)與三路比較器模塊（17 2)輸入端I -2 3相連接，三路比較器模塊（17 2)的輸入值mode通過輸入端1-24與邏輯控制器（180)輸出端0-32相連接，三路比較器模塊（172) 的輸入值Uref(k)通過輸入端1-25與輸出電壓常數(shù)相連接，電壓檢測4的輸出值Ucm t(k)分別與三路比較器模塊（172)的輸入端I-26相連接，三路比較器模塊（172)的輸出值Δ eid (k)、Δ eiq (k)通過輸出端0-15、0-16分別與雙路比例積分運算模塊模塊（171)的輸入端I -27、I -28 相連接，雙路比例積分運算模塊模塊（171)的輸出值vd(k)、vq(k)通過輸出端0-17和0-18經(jīng) 過反相器后與雙路加法器模塊（170)的輸入端1-29、1-30相連接，雙路乘法器模塊（160)的輸出值ω 11q (k)通過輸出端0-21與雙路加法器模塊（170)的輸入端I-32相連接，雙路乘法器模塊（160)的輸出值c〇lId(k)通過輸出端0-22經(jīng)過反相器后與雙路加法器模塊（170)的輸入端I-31相連接，雙路加法器模塊（170)輸出值Uq(k)、Ud (k)通過輸出端0-19、0-20與二相動/二相靜逆變換器模塊（152)的輸入端1-37、1-38相連接，二相動/二相靜逆變換器模塊 (152)輸出值Ua (k)、Ue (k)通過輸出端0-23、0_24與SVPWM運算模塊(151)的輸入端1-39、I -40 相連接，SVPWM運算模塊(151)的輸出值33、瓦、Sb、5、Sc、瓦通過輸出端0-25、0-26、0-27、0_ 28、0-29、0-30分別與6個與邏輯運算器的一端相連接，6個與邏輯運算器的另一端與邏輯控制器的輸出端0-31相連接，6個與邏輯運算器的輸出值分別與帶上電保護的IGBT驅(qū)動模塊 (151)的輸入端1-41、1-42、1-43、1-44、1-45、1-46相連接。帶上電保護的1681'驅(qū)動模塊產(chǎn)生的 6 路驅(qū)動信號 61、62、63、64、65、66分別與16811、168了2、168了3、168了4、168了5、168了6的門極相連接，驅(qū)動PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)的6個IGBT1~IGBT6;溫度檢測輸出T與邏輯控制器（180)輸入端1-47相連接，電壓檢測4的檢測值U QUt(k)與邏輯控制器（180)輸入端1-48相連接，電流檢測4的檢測值Ic>ut(k)與邏輯控制器的輸入端1-49相連接，邏輯控制器的（180) 輸出信號J1通過輸出端0-33與預(yù)啟動/防反灌模塊的輸入端相連接，邏輯控制器（180)的輸出信號J2通過輸出端0-34與散熱風(fēng)扇相連接。
[0037]本實施例中，如圖2所示，三相/二相變換器模塊（140)內(nèi)的雙路三相/二相變換器模塊(210)接收到交流電壓電流A/D采樣模塊（120)的采集值eA(k)、eB(k)、ec (k)、IA(k)、Ib (k)、Ic(k)，經(jīng)過計算后產(chǎn)生輸出值ea(k)、ef!(k)、Ia(k)、Ifs(k);
[0038] 送到雙路二相靜/二相動變換器模塊(220)，又將輸出值ea(k)、e{!(k)送到三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)。雙路二相靜/二相動變換器模塊(220)接收到和三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)的輸出相位Θ (k )，經(jīng)運算后;通過輸出端0-9、0-10、0-11、0-12 輸出ed(k)、eq(k)、Id(k)、Iq(k) 〇
[0039] 本實施例中，如圖3所示，三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)輸入端1-14、1-15接收到ea (k)、ee(k)后，經(jīng)二相靜/二相動變換器模塊(310)運算，產(chǎn)生輸出值^_。將@ 輸入給比例積分運算模塊1(320)，輸出當(dāng)前電網(wǎng)電壓相位θ(1〇值，一路將相位θ(1〇值送入數(shù)據(jù)緩存模塊(340)，數(shù)據(jù)緩存模塊(340)反饋Θ (k-Ι)回二相靜/二相動變換器模塊(310)，一路將相位Θ (k)值通過微分運算模塊(330 )，輸出當(dāng)前電網(wǎng)電壓角頻率ω (k)值，本實例中，三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊(130)的輸出值ω (k)為常數(shù)314rad/s。
[0040] 本實施例中，如圖4所示，三路比較器模塊（172)輸入信號UreKkhlreKkhUk)、 I〇ut(k)分別與選擇開關(guān)S(450)的4個輸入端相連，選擇開關(guān)S(450)的控制端mode控制輸入信號Uref (k)、Umjt(k)或Iref (k)、Imjt(k)的選通;選擇開關(guān)S(450)的兩個輸出端分別與比較器 1(410)的+正極和-負極相連，比較器1(410)的輸出e u(k)連接比例積分運算模塊2(440)，其輸出IdreKk)與比較器2(420)的+正極相連，比較器2(420)的-負極與輸入Id(k)相連，比較器 2(420)產(chǎn)生輸出信號Δ eid(k);比較器3(430)的+正極與輸入Iqref(k)相連接，比較器3(430) 的-負極與輸入I q(k)相連接，比較器3(430)產(chǎn)生輸出信號Δ eiq(k)。
[00411本實施例中，邏輯控制器（180)能夠獨立實時監(jiān)控該PFC整流裝置的輸出電壓、輸出電流和當(dāng)前裝置的溫度，當(dāng)整個裝置運行出現(xiàn)輸出電壓超過750V或者低于500V、輸出電流超過150A、裝置運行溫度超過60°C時，邏輯控制器（180)可以獨自將邏輯信號k置低，將6 路驅(qū)動信號鎖存在低電平，關(guān)斷IGBT1~IGBT6;邏輯控制器（180)的mode可以根據(jù)用戶的需求自動切換該PFC整流裝置的運行狀態(tài)是在恒壓控制模式或者恒流控制模式，當(dāng)運行在恒壓控制模式時，mode被置為高電平，當(dāng)運行在恒流控制模式時，mode被置為低電平;邏輯控制器（180)的J1控制預(yù)啟動/防反灌模塊（110)的繼電器J1的常開開關(guān)的狀態(tài)，配合預(yù)啟動過程，當(dāng)要閉合常開開關(guān)時，邏輯控制器（180)才將J1置為高電平;邏輯控制器（180)的J2根據(jù)當(dāng)前裝置的溫度控制散熱風(fēng)扇的起動和停止，當(dāng)裝置運行溫度超過40°C時，邏輯控制器 (180)才將J2置為高電平，開啟散熱風(fēng)扇。
[0042]本實施例中，預(yù)啟動/防反灌模塊(110)輸入端Ustart_in與二極管D的陽極相連接，二極管D的陰極與電阻R和繼電器J1并聯(lián)電路的一端相連接，電阻R和繼電器J1并聯(lián)電路的另一端與預(yù)啟動/防反灌模塊（110)的輸出端Ustaryut相連接，繼電器J1的電磁線圈與預(yù)啟動/ 防反灌模塊（110)的端口 1^相連接;預(yù)啟動/防反灌模塊可以有效抑制啟動沖擊電流，當(dāng)輸出電容C的電壓等級未達到540V時，邏輯控制器（180)將J1置為低電平，控制繼電器J1常開開關(guān)斷開，預(yù)啟動電流通過二極管D再經(jīng)過電阻R給輸出電容C充電；當(dāng)輸出電容C的電壓等級達到540V后，邏輯控制器（180)將J1置為高電平，控制繼電器J1常開開關(guān)閉合將電阻R短路，由二極管D組成單向?qū)щ娡ǖ?，即使由于故障?dǎo)致升壓調(diào)節(jié)模塊的某一個IGBT橋臂上下管同時導(dǎo)通或者突然停電，二極管D也能及時防止輸出電容C被IGBT短路，發(fā)生電流反灌的情況，保護IGBT乃至整個設(shè)備的安全。
[0043]本實施例的控制方法為:該裝置啟動前繼電器J1常開開關(guān)斷開，邏輯控制器(180) k輸出信號保持低電平關(guān)斷IGBT1~IGBT6，PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)通過6個二極管D1、 D2、D3、D4、D5、D6進行不控整流，預(yù)啟動電流通過電阻R對輸出電容C進行預(yù)充電；當(dāng)輸出電容C的電壓等級達到540V后，繼電器J1常開開關(guān)閉合，二極管D和閉合的繼電器J1的常開開關(guān)組成單向?qū)щ娡ǖ?，繼續(xù)為負載端供電；
[0044]與此同時，交流電壓電流A/D采樣模塊（120)采集交流側(cè)電壓值和電流值，輸送給三相/二相變換器模塊（140)。三相/二相變換器模塊（140)計算坐標(biāo)系下電網(wǎng)電壓電動 (k)、ee(k)和交流電流值I a(k)、Ifs(k)，三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)根據(jù)ea(k)和ee(k)計算當(dāng) 前電網(wǎng)電壓的相位Θ (k)和角頻率ω (k)，并把相位Θ (k)輸入三相/二相變換器模塊（140)計算運動坐標(biāo)系下電網(wǎng)電壓電動勢ed(k)、eq(k)和交流電流值Id(k)、I q(k)。邏輯控制器（180) 根據(jù)用戶需求控制三路比較器模塊(172)運行在恒壓控制模式或者恒流控制模式。
[0045]當(dāng)裝置處于恒壓控制模式時，邏輯控制器（180)將mode置為高電平，邏輯控制器 (180)通過mode信號控制三路比較器模塊（172)，選擇開關(guān)S(450)控制輸入信號Uref(k)、Ucm t (k)送入比較器l(410)，Uref(k)與UQUt(k)作比較，eu(k)輸入給比例積分運算模塊2(440)，計算電流內(nèi)環(huán)有功分量目標(biāo)值1(^(1〇，1(^(1〇與1〇1(1〇通過比較器2(420)作比較計算八61〇1 (1〇，電流內(nèi)環(huán)無功分量]^1^(1〇與]^(1〇通過比較器3(430)作比較計算八619(1〇 ;八61〇1(1〇和 A eiq(k)通過雙路比例積分運算模塊（171)計算電感電壓目標(biāo)值vd(k)和Vq(k)，vd(k)和Vq (k)符號取反后送入雙路加法器模塊(170)，雙路乘法器模塊（160)計算當(dāng)前解耦分量c〇lIq (k)和ω lld(k)，ω llq(k)與符號取反后的ω lld(k)-并進入雙路加法器模塊(170)，雙路加法器模塊（170)根據(jù)本控制周期的輸入量計算出本周期PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)橋臂側(cè) 電壓直流量Ud(k)和U q(k)，二相動/二相靜逆變換器模塊（152)利用三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊 (130)的輸出相位θ(1〇將Ud(k)和U q(k)還原為靜止坐標(biāo)系下的電壓值Ua(k)和Uf!(k)。
[0046]當(dāng)裝置處于恒流控制模式時，邏輯控制器（180)將mode置為低電平，邏輯控制器通過mode信號控制三路比較器模塊，選擇開關(guān)S(450)控制輸入信號IreKkhlca^k)送入比較器l(410)，Iref(k)與IQUt(k)作比較，eu(k)輸入給比例積分運算模塊2(440)，得到電流內(nèi)環(huán) 有功分量目標(biāo)值Id ref(k)，Idref(k)與Id(k)通過比較器2(420)作比較計算Aeid(k)，電流內(nèi)環(huán) 無功分量Iqref(k)與Iq(k)通過比較器3(430)作比較計算Δ eiq(k); Δ eid(k)和Δ eiq(k)通過雙路比例積分運算模塊（171)計算電感電壓目標(biāo)值vd(kWPVq(k)，Vd(kWP Vq(k)符號取反后進入雙路加法器模塊(170)，雙路乘法器模塊(160)計算當(dāng)前解耦分量ω llq(k)和ω lld(k)， ω llq(k)與符號取反后的ω lld(k)-并進入雙路加法器模塊（170)，雙路加法器模塊（170) 根據(jù)本控制周期的輸入量計算出本周期PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)橋臂側(cè)電壓直流量Ud (k)和Uq(k)，二相動/二相靜逆變換器模塊（152)利用三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)的輸出相位θ(1〇將Ud(k)和Uq(k)還原為靜止坐標(biāo)系下的電壓值U a(k)和Ufs(k)。
[0047] Ua(k)和Ufi(k)通過SVPWM運算模塊（151)輸出6路驅(qū)動電平信號，并通過6個與邏輯門和邏輯控制器的k信號進行與邏輯運算，當(dāng)負載端的電壓范圍在500V到750V以內(nèi)、輸出電流不超過150A、和裝置運行溫度低于60°C時，邏輯控制器（180)控制k為高電平，六路驅(qū)動電平信號Sa、瓦、3卜瓦、3。、無"正常送入進帶上電保護的1681'驅(qū)動模塊（150)，并產(chǎn)生正常6路驅(qū)動信號驅(qū)動PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)的IGBT1~IGBT6開通或者關(guān)斷，整個裝置正常工作；當(dāng)輸出電容C的電壓等級未達到540V或者出現(xiàn)負載端的電壓超過750V或者低于500V、輸出電流超過150A、裝置運行溫度超過60°C時，邏輯控制器瞬時將k置低電平，六路驅(qū)動電平信號S a、:^、義、瓦、&、:瓦經(jīng)過與邏輯運算都被置低，帶上電保護的1681'驅(qū)動模塊即刻輸出6 路負壓驅(qū)動信號，關(guān)斷PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)的IGBT1~IGBT6,整個裝置停止工作；當(dāng) 設(shè)備完成充電工作需要停止時，邏輯控制器（180)控制k為低電平，關(guān)斷PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（1 〇〇)的IGBT1~IGBT6，整個裝置停止工作。
[0048]所述電動汽車大功率直流充電機/粧三相PFC整流裝置的具體控制步驟（圖5)包括：
[0049 ]步驟S100，電動汽車大功率直流充電機/粧的各個模塊進行初始化；
[0050] 步驟S110,繼電器J1常開開關(guān)斷開，邏輯控制器（180)k輸出低電平，PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊(1 〇〇)不控整流，軟啟動電流通過電阻R對輸出電容C預(yù)充電；
[0051 ] 步驟S120,邏輯控制器（180)判斷負載端電壓是否到達540V，當(dāng)達到540V時，邏輯控制器（180)將J1置高電平；當(dāng)未達到540V時，邏輯控制器（180)將J1置低電平，轉(zhuǎn)步驟 S110；
[0052] 步驟S130,繼電器J1常開開關(guān)閉合，并與二極管D組成單向?qū)щ娡ǖ溃?br>[0053]步驟S140,交流電壓電流A/D采樣模塊（120)采集交流側(cè)電壓值和電流值，雙路三相/二相變換器模塊（140)同時計算出二相坐標(biāo)系下電網(wǎng)電壓ea(k)、e{!(k)和交流電流值L· (k)、Ifs(k);
[0054] 步驟S150,三相數(shù)字鎖相環(huán)（130)根據(jù)ea(k)、e{!(k)計算當(dāng)前電網(wǎng)電壓的相位θ〇〇、和角頻率ω(1〇;
[0055] 步驟S160,雙路二相靜/二相動變換器模塊（220)計算運動坐標(biāo)系下電網(wǎng)電壓ed (k)、eq(k)和電網(wǎng)電流 Id(k)、Iq(k);
[0056] 步驟S170,邏輯控制器（180)判斷此時工作模式，當(dāng)在恒壓控制模式時，邏輯控制器(180)將k轉(zhuǎn)變?yōu)楦唠娖?，轉(zhuǎn)步驟S200;當(dāng)在恒流控制模式時，邏輯控制器(180)將k轉(zhuǎn)變?yōu)?低電平，轉(zhuǎn)步驟S300;
[0057] 恒壓控制模式如下：
[0058] 步驟 S210,三路比較器模塊（172)根據(jù) UreKkhUkhldahUkMPIqreKk)^ 算差值 Aeid(k)和 Aeiq(k);
[0059] 步驟S220,雙路比例積分運算模塊（171)根據(jù)Δ eid(k)和Δ eiq(k)計算當(dāng)前電感電壓調(diào)節(jié)值vd(kWPvq(k)，并經(jīng)過反相器后送入雙路加法器模塊（170);雙路乘法器模塊（160) 計算解耦常量ω llq(k)和ω lld(k)，并將ω llq(k)和反相后的ω lld(k)送入雙路加法器模塊（170);
[0060] 步驟S230,雙路加法器模塊（170)計算當(dāng)前二相靜止運動坐標(biāo)系下的調(diào)制信號叫 (k)和 Ud(k);
[0061] 步驟S240,二相動/二相靜逆變換器模塊(152)計算二相靜止坐標(biāo)系下的調(diào)制信號 Ua(k)和 Uf!(k);
[0062] 步驟S25〇，SVP麗模塊(151)計算當(dāng)前6組邏輯驅(qū)動信號S a、瓦、Sb、瓦、Sc、ξ
[0063] 步驟S260,邏輯控制器（180)將保護信號k置高電平，帶上電保護的IGBT驅(qū)動模塊 (150)將Sa、$、S b、瓦、S。、:瓦轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)驅(qū)動脈沖信號驅(qū)動IGBT1~IGBT6,進行恒壓控制模式工作，轉(zhuǎn)步驟S400;
[0064] 恒流控制模式如下：
[0065] 步驟 S310,三路比較器模塊（172)根據(jù) IreKkhlcmtahldahlqUMPIqreKk)# 算差值 Aeid(k)和 Aeiq(k);
[0066] 步驟S320,雙路比例積分運算模塊（171)根據(jù)Δ eid(k)和Δ eiq(k)計算當(dāng)前電感電壓調(diào)節(jié)值vd(kWPvq(k)，并經(jīng)過反相器后送入雙路加法器模塊（170);雙路乘法器模塊（160) 計算解耦常量ω llq(k)和ω lld(k)，并將ω llq(k)和反相后的ω lld(k)送入雙路加法器模塊（170);
[0067]步驟S330,雙路加法器模塊（170)計算當(dāng)前二相靜止運動坐標(biāo)系下的調(diào)制信號叫 (k)和 Ud(k);
[0068] 步驟S340,二相動/二相靜逆變換器模塊（152)計算二相靜止坐標(biāo)系下的調(diào)制信號 Ua(k)和Uf!(k);
[0069] 步驟S35〇，SVP麗模塊(Ιδ?)計算當(dāng)前6組邏輯驅(qū)動信號Sa、瓦、S b、瓦、S。、瓦；
[0070]步驟S360,邏輯控制器（180)將保護信號k置高電平，帶上電保護的IGBT驅(qū)動模塊 (150 、瓦:、Sb、ξ、S。、ξ：轉(zhuǎn)變?yōu)闃?biāo)準(zhǔn)驅(qū)動脈沖信號驅(qū)動IGBT1~IGBT6，進行恒流控制模式工作，轉(zhuǎn)步驟S400;
[0071] 步驟S400,邏輯控制器（180)判斷是否結(jié)束工作，當(dāng)需裝置繼續(xù)工作時，轉(zhuǎn)步驟 S130；
[0072] 步驟S410,邏輯控制器(180)將k置低電平；
[0073] 步驟S420,整流升壓工作結(jié)束。
[0074]最后應(yīng)說明，本發(fā)明的實施例僅用于說明專利方案而非限制。一切不脫離本專利技術(shù)方案的精神和范圍的修改和替換，均應(yīng)納入在本專利的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
[0075]本專利說明書中未作詳細描述的內(nèi)容屬于本專業(yè)領(lǐng)域技術(shù)人員公知的現(xiàn)有技術(shù)。
【主權(quán)項】
1. 一種電動汽車大功率直流充電機/粧三相PFC整流裝置，包括PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊 (100)、預(yù)啟動/防反灌模塊（110)、交流電壓電流A/D采樣模塊（120)、三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊 (130)、三相/二相變換器模塊（140)、帶上電保護的IGBT驅(qū)動模塊（150)、SVPWM運算模塊 (151 )、二相動/二相靜逆變換模塊(152 )、雙路乘法器模塊(160 )、雙路加法器模塊(170 )、雙路比例積分運算模塊(171)、三路比較器模塊(172)和邏輯控制器模塊(180)。其特征在于：三相電網(wǎng)電壓引腳輸出端Ua、Ub、Uc分別與電感La、Lb、Lc的輸入端ULa+、ULb+、ULc+、相連接，電感La、Lb、Lc的輸出端ULa-、ULb-、ULc-分別通過電流檢測1、2、3與PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊 (100)節(jié)點LhLhU輸入端相連接，整流輸出端U bus+與預(yù)啟動/防反灌模塊（110)輸入端 Ustart_in相連接，預(yù)啟動/防反灌模塊(110 )的輸出端Ustart_cmt與Ucmt+相連接，Ucmt+通過電流檢測4與輸出電容C和負載并聯(lián)電路的一端Uc+相連接，PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)輸出端U bus-與Uqut-相連接,Uqut-與輸出電容C和負載并聯(lián)電路的一端Uo相連接。檢測電壓值eA、eB、eC和檢測電流值Ia、Ib、Ic分別與交流電壓電流A/D采樣模塊（120)輸入端1-1、1-2、1-3、1-4、1-5、1-6相連接，交流電壓電流4/0采樣模塊（120)的輸出采樣值以 (k)、e B(k)、ec(k)、IA(k)、IB(k)、Ic(k)通過輸出端0-1、0-2、0-3、0-4、0-5、0-6與三相/二相變換器模塊（140)的輸入端1-7、1-8、1-9、1-10、1-11、1-12相連接，三相/二相變換器模塊 (140)的2路輸出值 ea(k)、ee(k)通過輸出端0_7、0_8與三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)的輸入端 1-14、1-15相連接，三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)的輸出相位值0(k)通過輸出端0-13分別與三相/二相變換器模塊（140)的輸入端1-13和二相動/二相靜逆變換器模塊（152)的輸入端I-16相連接;三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)的輸出值ω(1〇通過輸出端0-14與乘法器C(190)-輸入端相連，常量電感值1與乘法器C(190)另一輸入端相連，乘法器C(190)輸出ω?與雙路乘法器模塊(160)的輸入端1-34和1-35相連接；三相/二相變換器模塊（140)的輸出值ed(k)、eq(k)通過輸出端0-9、0-10分別與雙路加法器模塊（170)的輸入端I -17、I -18相連接，三相/二相變換器模塊（140)的輸出值I d (k)通過輸出端0-11與三路比較器模塊（17 2)的輸入端I -20和雙路乘法器模塊（160)輸入端I -36 相連接，三相/二相變換器模塊（140)的輸出值Iq(k)通過輸出端0-12與三路比較器模塊 (172)的輸入端1-19和雙路乘法器模塊（160)輸入端1-33相連接，三路比較器模塊（172)的輸入值I (k)通過輸入端I -21與無功電流常數(shù)相連接，三路比較器模塊（17 2)的輸入值 Iref(k)通過輸入端1-22與有功電流常數(shù)相連接；電流檢測4的輸出值IcmtU)與三路比較器模塊（172)輸入端1-23相連接，三路比較器模塊（172)的輸入值mode通過輸入端1-24與邏輯控制器（180)輸出端0-32相連接，三路比較器模塊（172)的輸入值U ref (k)通過輸入端1-25與輸出電壓常數(shù)相連接，電壓檢測4的輸出值Uciut (k)分別與三路比較器模塊(172)的輸入端I -26相連接，三路比較器模塊（172)的輸出值A(chǔ)eid(k)、Aeiq(k)通過輸出端0-15、0-16分別與雙路比例積分運算模塊模塊(171)的輸入端1-27、1-28相連接，雙路比例積分運算模塊模塊 (171)的輸出值vd(k)、v q(k)通過輸出端0-17和0-18經(jīng)過反相器后與雙路加法器模塊（170) 的輸入端I-29、I-30相連接，雙路乘法器模塊（160)的輸出值ω I Iq(k)通過輸出端0-21與雙路加法器模塊（170)的輸入端I-32相連接，雙路乘法器模塊（160)的輸出值ω IId(k)通過輸出端0-22經(jīng)過反相器后與雙路加法器模塊（170)的輸入端1-31相連接，雙路加法器模塊 (170)輸出值U q(k)、Ud(k)通過輸出端0-19、0-20與二相動/二相靜逆變換器模塊（152)的輸入端1-37、1-38相連接，二相動/二相靜逆變換器模塊（152)輸出值U a(k)、Uf!(k)通過輸出端 0-23、0-24與SVPWM運算模塊（151)的輸入端1-39、1-40相連接，SVPffM運算模塊（151)的輸出值Sa、ξ、Sb、瓦、SC、瓦逋過輸出端0_25、0_ 26、0_27、0_28、0_29、0_3〇分別與6個與邏輯運算器的一端相連接，6個與邏輯運算器的另一端與邏輯控制器的輸出端0-31相連接，6個與邏輯運算器的輸出值分別與帶上電保護的IGBT驅(qū)動模塊（151)的輸入端1-41、1-42、1-43、1_ 44、1-45、1-46相連接。帶上電保護的1681'驅(qū)動模塊產(chǎn)生的6路驅(qū)動信號61、62、63、64、65、66 分別與IGBTI、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6的門極相連接，驅(qū)動PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊 (100)的6個IGBT;溫度檢測輸出T與邏輯控制器（180)輸入端1-47相連接，電壓檢測4的檢測值U QUt(k)與邏輯控制器(180)輸入端1-48相連接，電流檢測4的檢測值1_(1〇與邏輯控制器的輸入端1-49相連接，邏輯控制器的（180)輸出信號Jl通過輸出端0-33與預(yù)啟動/防反灌模塊的輸入端Uj 1相連接，邏輯控制器（180)的輸出信號J2通過輸出端0-34與散熱風(fēng)扇相連接。2. 如權(quán)利要求1所述的電動汽車大功率直流充電機/粧的三相PFC整流裝置，其特征在于:三相/二相變換器模塊（140)內(nèi)的雙路三相/二相變換器模塊(210)接收到交流電壓電流 A/D采樣模塊(120)的采集值以〇〇、拙(1〇、漢(1〇、1眾1〇、18〇〇、1。〇〇，經(jīng)過計算后，產(chǎn)生輸出值ea(k)、 e{!(k)、Ia(k)、If!(k)送到雙路二相靜/二相動變換器模塊(220)，又將輸出值ea(k)、 efs(k)送到三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)。雙路二相靜/二相動變換器模塊(220)接收到ea(k)、郎(1〇、1。(1〇、1 {!〇〇和三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（13〇)的輸出相位0〇〇，經(jīng)運算后，通過輸出端〇-9、〇-10、〇-11、〇-12輸出6<1(1〇、6 (1(1〇、1(1(1〇、1(1(1〇〇3. 如權(quán)利要求1所述的電動汽車大功率直流充電機/粧三相PFC整流裝置，其特征在于：三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)輸入端1-14、1-15接收到 ea(k)、e{!(k)后，經(jīng)二相靜/二相動變換器模塊(310)運算，產(chǎn)生輸出值、 ~(幻。將％,)輸入給比例積分運算模塊1(320)，輸出當(dāng)前電網(wǎng)電壓相位9(k)值，一路將相位θ(1〇值送入數(shù)據(jù)緩存模塊(340)，數(shù)據(jù)緩存模塊 (340)反饋0(k-l)回二相靜/二相動變換器模塊(310)，一路將相位θ(1〇值通過微分運算模塊(330)，輸出當(dāng)前電網(wǎng)電壓角頻率ω(1〇值。4. 如權(quán)利要求1所述的電動汽車大功率直流充電機/粧三相PFC整流裝置，其特征在于：三路比較器模塊（172)輸入信號1^￡(1〇、1^(1〇、1]。 11*(1〇、1。11*(1〇分別與選擇開關(guān)5(450)的4 個輸入端相連，選擇開關(guān)S(450)的控制端mode控制輸入信號U ref (k)、Uout(k)或Iref (k)、Iout (k)的選通;選擇開關(guān)S(450)的兩個輸出端分別與比較器1(410)的+正極和-負極相連，比較器1(410)的輸出e u(k)連接比例積分運算模塊2(440)，其輸出IdreKk)與比較器2(420)的+正極相連，比較器2(420)的-負極與輸入Id(k)相連，比較器2(420)產(chǎn)生輸出信號A eid(k);比較器3(430)的+正極與輸入Iqref(k)相連接，比較器3(430)的-負極與輸入I q(k)相連接，比較器3(430)產(chǎn)生輸出信號八6!9(1〇。5. 如權(quán)利要求1所述的電動汽車大功率直流充電機/粧三相PFC整流裝置，其特征在于：邏輯控制器（180)獨立實時監(jiān)控該PFC整流裝置的輸出電壓、輸出電流和當(dāng)前裝置的溫度，當(dāng)整個裝置運行出現(xiàn)過壓、欠壓、過流、過溫時，獨自將邏輯信號k置低，將6路驅(qū)動信號鎖存在低電平，關(guān)斷IGBTl~IGBT6;邏輯控制器（180)的mode可以根據(jù)用戶的需求自動切換該 PFC整流裝置的運行狀態(tài)是在恒壓控制模式或者恒流控制模式;邏輯控制器(180)的Jl控制預(yù)啟動/防反灌模塊（110)的繼電器Jl的常開開關(guān)的狀態(tài)，配合預(yù)啟動過程;邏輯控制器 (180)的J2根據(jù)當(dāng)前裝置的溫度控制散熱風(fēng)扇的啟動和停止。6. 如權(quán)利要求1所述的電動汽車大功率直流充電機/粧的三相PFC整流裝置，其特征在于:預(yù)啟動/防反灌模塊（110)輸入端U start_in與二極管D的陽極相連接，二極管D的陰極與電阻R和繼電器Jl并聯(lián)電路的一端相連接，電阻R和繼電器Jl并聯(lián)電路的另一端與預(yù)啟動/防反灌模塊（110)的輸出端U start^ut相連接，繼電器Jl的電磁線圈與預(yù)啟動/防反灌模塊（110) 的端口 1^相連接;預(yù)啟動/防反灌模塊可以有效抑制啟動沖擊電流，當(dāng)輸出電容C的電壓等級未達到設(shè)定值時，邏輯控制器（180)控制繼電器Jl常開開關(guān)斷開，預(yù)啟動電流通過二極管 D再經(jīng)過電阻R給輸出電容C充電；當(dāng)輸出電容C的電壓等級達到設(shè)定值后，邏輯控制器（180) 控制繼電器Jl常開開關(guān)閉合將電阻R短路，由二極管D組成單向?qū)щ娡ǖ?，即使由于故障?dǎo) 致升壓調(diào)節(jié)模塊的某一個IGBT橋臂上下管同時導(dǎo)通或者突然停電，二極管D也能及時防止輸出電容C被IGBT短路，發(fā)生電流反灌的情況，保護IGBT乃至整個設(shè)備的安全。7. 利用權(quán)利要求1 一 6任一項所述電動汽車大功率直流充電機/粧的三相PFC整流裝置的控制方法為:所述整流裝置啟動前繼電器Jl常開開關(guān)斷開，邏輯控制器k輸出信號保持低電平關(guān)閉6個IGBTl~IGBT6，PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)通過6個二極管D1、D2、D3、D4、D5、 D6進行不控整流，預(yù)啟動電流通過電阻R對輸出電容C進行預(yù)充電；當(dāng)輸出電容C的電壓等級達到設(shè)定值后，繼電器Jl常開開關(guān)閉合，二極管D和繼電器Jl的常開開關(guān)閉合形成單向?qū)щ?通道，繼續(xù)為負載端供電；與此同時，交流電壓電流A/D采樣模塊（120)采集交流側(cè)電壓值和電流值，輸送給三相/ 二相變換器模塊（140)。三相/二相變換器模塊（140)計算坐標(biāo)系下電網(wǎng)電壓電動勢ea(k)、efi (k)和交流電流值MkhlRk)，三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)根據(jù)ea(k)和ee(k)計算當(dāng)前電網(wǎng) 電壓的相位 9(k)和角頻率ω(1〇,并把相位θ(1〇輸入三相/二相變換器模塊（140)計算運動坐標(biāo)系下電網(wǎng)電壓電動勢ed(k)、e q(k)和交流電流值Id(k)、Iq(k)。邏輯控制器(180)根據(jù)用戶需求控制三路比較器模塊(172)運行在恒壓控制模式或者恒流控制模式。在恒壓控制模式下，邏輯控制器（180)通過mode信號控制三路比較器模塊（172)，選擇開關(guān)S(450)控制輸入信號Uref(k)、Ucmt(k)送入比較器1(410)，1^￡(1〇與1]。 1^(1〇作比較，611 (k)輸入給比例積分運算模塊2(440)，計算電流內(nèi)環(huán)有功分量目標(biāo)值Idref(k)，Idref(k)與Id (k)通過比較器2(420)作比較計算Δ eid(k)，電流內(nèi)環(huán)無功分量Iqref (k)與Iq(k)通過比較器 3(430)作比較計算Δ eiq(k); Δ eid(k)和Δ eiq(k)通過雙路比例積分運算模塊（171)計算電感電壓目標(biāo)值vd(kWPVq(k)， Vd(kWPVq(k)符號取反后送入雙路加法器模塊（170)，雙路乘法器模塊(160)計算當(dāng)前解耦分量ω llq(k)和ω lld(k)，ω llq(k)與符號取反后的ω lld(k) 一并進入雙路加法器模塊（170)，雙路加法器模塊（170)根據(jù)本控制周期的輸入量計算出本周期PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊(100)橋臂側(cè)電壓直流量Ud(k)和U q(k)，二相動/二相靜逆變換器模塊（152)利用三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)的輸出相位θ(1〇將Ud(k)和U q(k)還原為靜止坐標(biāo) 系下的電壓值Ua(k)和Uf!(k)。在恒流控制模式下，邏輯控制器通過mode信號控制三路比較器模塊，選擇開關(guān)S(450) 控制輸入信號Ι:βΚ?〇、Ι_α)送入比較器l(410)，Iref(k)與IQUt(k)作比較，e u(k)輸入給比例積分運算模塊2 ( 440 )，計算電流內(nèi)環(huán)有功分量目標(biāo)值Idrrf ( k )，I drrf (k)與I d (k)通過比較器2(420)作比較計算Δ eid(k)，電流內(nèi)環(huán)無功分量Iqref (k)與Iq(k)通過比較器3(430)作比較計算Δ eiq(k); Δ eid(k)和Δ eiq(k)通過雙路比例積分運算模塊（171)計算電感電壓目標(biāo) 值^(1〇和％(1〇，^(1〇和^(1〇符號取反后進入雙路加法器模塊（170)，雙路乘法器模塊 (160)計算當(dāng)前解耦分量ω llq(k)和ω lld(k)，ω llq(k)與符號取反后的ω lld(k) -并進入雙路加法器模塊（170 )，雙路加法器模塊（170)根據(jù)本控制周期的輸入量計算出本周期PFC 整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)橋臂側(cè)電壓直流量Ud(k)和Uq(k)，二相動/二相靜逆變換器模塊 (152)利用三相數(shù)字鎖相環(huán)模塊（130)的輸出相位θ(1〇將Ud(k)和U q(k)還原為靜止坐標(biāo)系下的電壓值Ua(k)和Uf!(k)。 Ua(k)和Ufi(k)通過SVP麗運算模塊（151)輸出6路驅(qū)動電平信號，并通過6個與邏輯門和邏輯控制器的k信號進行與邏輯運算，當(dāng)輸出電容C的電壓等級達到設(shè)定值且無過壓、欠壓、過流和過溫時，邏輯控制器(180)控制k置為高電平，六路驅(qū)動電平信號S a、f、Sb、瓦、SC、[ 正常送入進帶上電保護的IGBT驅(qū)動模塊（150)，并產(chǎn)生正常6路驅(qū)動信號驅(qū)動PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)的IGBTl~IGBT6開通或者關(guān)斷，整個裝置正常工作；當(dāng)輸出電容C的電壓等級未達到設(shè)定值或者出現(xiàn)過壓、欠壓、過流和過溫故障時，邏輯控制器（180)瞬時將k置低電平，六路驅(qū)動電平信號3 3、：^、義、瓦、&、瓦經(jīng)過與邏輯運算都被置低，帶上電保護的1681'驅(qū) 動模塊（150)即刻輸出6路負壓驅(qū)動信號，關(guān)斷PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊（100)的IGBTl~ IGBT6,整個裝置停止工作；當(dāng)設(shè)備完成充電工作需要停止時，邏輯控制器（180)控制k為低電平，關(guān)斷PFC整流升壓調(diào)節(jié)模塊(100)的IGBTl~IGBT6，整個裝置停止工作。
【文檔編號】H02J7/02GK105932755SQ201610252171
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月21日
【發(fā)明人】全書海, 楊康, 黃亮, 謝長君, 曾春年, 葉麥克, 徐先鋒, 全歡, 陳啟宏, 石英, 張立炎, 鄧堅
【申請人】武漢理工大學(xué)

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