CN111786443A - 一种充电装置及充电系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种充电装置及系统，包括：全桥逆变模块、变压器模块、整流模块、电压采样模块、电流采样模块、弱电控制模块和充电控制模块；全桥逆变模块、变压器模块和整流模块依次连接，充电装置输出端一端接地；电压采样模块与整流模块输出端并联连接；电流采样模块与整流模块接地端串联连接；弱电控制模块与电压采样模块和电流采样模块连接，获取电流采样信号和电压采样信号并传输至充电控制模块；充电控制模块与全桥逆变模块连接，依据电流采样信号和电压采样信号对全桥逆变模块驱动频率进行调节，实现充电装置的恒流充电，满足了用户对高压电容高精度充电及正负高压幅值高度对称的需求。

Description

一种充电装置及充电系统

技术领域

本发明涉及直流充电技术领域，特别涉及一种充电装置及充电系统。

背景技术

目前，高压电容充电电源具有广泛的应用前景，单极性高压电容充电电源发展较快。传统的高压电容充电电源包括：带充电电阻器的高压直流电源和谐振充电电源。其中，带充电电阻器的高压直流电源具有结构简单、可靠性高和成本低的优点，但其缺点为效率较低；谐振充电电源具有结构简单和可靠性高等优点，但其缺点为大容量的谐振电容造成成本较高，限制了其使用范围。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种充电装置，提供了一种单极性高压电容高精度充电装置，并通过均压单元互连实现两个充电装置的高度对称性输出，满足了用户的需求。

为解决上述技术问题，本发明实施例的第二方面提供了一种充电装置，包括：全桥逆变模块、变压器模块、整流模块、电压采样模块、电流采样模块、弱电控制模块和充电控制模块；

所述全桥逆变模块、所述变压器模块和所述整流模块依次连接，所述全桥逆变模块的输入端与所述充电装置的输入端连接，所述整流模块的输出端与所述充电装置的输出端连接，所述充电装置输出端一端接地；

所述电压采样模块与所述整流模块输出端并联连接；

所述电流采样模块与所述整流模块接地端串联连接；

所述弱电控制模块与所述电压采样模块和所述电流采样模块连接，获取电流采样信号和电压采样信号并传输至所述充电控制模块；

所述充电控制模块与所述全桥逆变模块连接，依据所述电流采样信号对所述全桥逆变模块驱动频率进行调节，实现充电装置的恒流充电。

进一步地，所述充电装置还包括：直流输入模块；

所述直流输入模块与所述全桥逆变模块输入端并联连接。

进一步地，所述充电装置还包括：平波模块；

所述平波模块与所述整流模块输出端并联连接。

进一步地，所述充电装置还包括：泄放模块；

所述泄放模块与所述整流模块输出端并联连接；

所述弱电控制模块与所述泄放模块连接，获取所述充电控制模块的泄放信号，并依据所述泄放信号控制所述泄放模块对负载存储的电能进行泄放。

进一步地，所述充电装置还包括：限流电阻；

所述限流电阻与所述整流模块接地端相对的一端串联连接。

进一步地，所述充电装置还包括：谐振模块；

所述全桥逆变模块通过所述谐振模块与所述变压器模块连接。

进一步地，所述弱电控制模块包括：电流信号处理单元、电压信号处理单元和泄放控制单元；

所述电流信号处理单元与所述电压采样模块连接，获取所述电压采样模块的所述电流采样信号并将其处理为所述充电控制模块需要的电流采样信号；

所述电压信号处理单元与所述电压采样模块连接，获取所述电压采样模块预设位置的电压信号并进行信号处理，得到包含所述电压采样信号的光信号并传输至所述充电控制模块；

所述泄放控制单元与所述泄放模块连接，控制所述泄放模块对所述负载存储的电能进行泄放。

进一步地，所述充电控制模块包括：第一控制单元、第二控制单元、电流PI控制单元和电压滞环及多模块均压单元；

所述第一控制单元与所述全桥逆变模块连接，调节所述全桥逆变电路的驱动频率；

所述第二控制器用于电压给定、电流给定和泄放控制；

所述电流PI控制单元获取所述电流信号处理单元传输的所述电流采样信号，并依据所述电流采样信号通过所述第一控制单元控制所述全桥逆变模块的驱动频率；

所述电压滞环及多模块均压单元通过电压给定的滞环控制对所述充电装置的输出电压进行限幅。

进一步地，所述均压电路设有均压端口。

相应地，本发明实施例的第二方面还提供了一种充电系统，包括上述任一所述的两个充电装置，所述两个充电装置并联连接且二者的输入端分别与所述充电系统的输入端连接，一个所述充电装置的输出端与所述充电系统的输出端正极连接，另一个所述充电装置的输出端与所述充电系统的输出端负极连接；

所述两个充电装置中充电控制模块的均压端口通过均压信号线连接，对每个所述充电装置的充电电流进行校准。

本发明实施例的上述技术方案具有如下有益的技术效果：

通过对充电装置输出端进行电压采样和电流采样，并依据电压采样信号和电流采样信号对输出电流的电流调整，实现了充电装置的恒流输出，提高了输出精度；同时，通过均压电路实现了充电系统正负高压幅值的高度对称，满足了用户的需求。

附图说明

图1是本发明实施例提供的充电装置的电路示意图；

图2是本发明实施例提供的均压单元的电路原理图；

图3是本发明实施例提供的充电装置的电路示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本发明进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。

图1是本发明实施例提供的充电装置的电路示意图。

请参照图1，本发明实施例提供一种充电装置，包括：全桥逆变模块、变压器模块、整流模块、电压采样模块、电流采样模块、弱电控制模块和充电控制模块。全桥逆变模块、变压器模块和整流模块依次连接。

全桥逆变模块的输入端与充电装置的输入端连接，全桥逆变模块将直流输入电能逆变为高频交流电能。具体的，SW1、SW2、SW3、SW4为全控型功率开关器件，组成全桥逆变模块，其中VG1、VG2、VG3、VG4为全控型功率开关器件驱动信号。

变压器模块将全桥逆变模块转换的高频交流电能转换为电气隔离的高压高频交流电能。

整流模块选用相应电压及电流登记的高压高频硅堆或由多个低电压登记的快速恢复二极管进行串并联来组成合适的高频高压整流电路，将高压高频交流电能转换为高压直流电能。整流模块的输出端与充电装置的输出端连接，充电装置输出端一端接地。D1、D2、D3、D4为高压高频整流硅堆或由多个低压快恢复二极管串并联组成的高压高频整流电路，将变压器模块副边的高频交流电能转换为高压直流电能。

电压采样模块与整流模块输出端并联连接。R1及R2组成电压采样模块，其中高压臂电阻R1可由多个高压无感电阻串联组成，低压臂电阻R2根据采样变比可进行阻值匹配。电压采样模块通过高阻值高压无感电阻组成采样电路，将负载充电电流采样信号与高压输出实现电气隔离，避免高压输出端快速放电时干扰信号通过传导串扰到控制回路中。

电流采样模块与整流模块接地端串联连接。TA为电流互感器，用来检测充电电源对负载充电电流，同时实现控制信号与高压输出侧的电气隔离。

弱电控制模块与电压采样模块和电流采样模块连接，获取电流采样信号和电压采样信号并传输至充电控制模块。充电控制模块与全桥逆变模块连接，依据电流采样信号对全桥逆变模块驱动频率进行调节，实现充电装置的恒流充电。

上述技术方案可为高压电容进行充电，既可以单独作为正高压电容充电电源使用，也可以单独作为负高压充电电源使用，还可以将两个充电装置组合以作为正负高压电容充电电源使用，

可选的，充电装置还包括：直流输入模块。直流输入模块与全桥逆变模块输入端并联连接。直流输入模块可为全桥逆变模块提供高品质的直流电能。

可选的，充电装置还包括：平波模块。平波模块与整流模块输出端并联连接。平波模块利用高压电容将整流模块输出的电能进行平波，得到文波噪声较小的高压直流电能。C2为平波电容，用来减小高频整流电路整流出直流电能的波动。

可选的，充电装置还包括：泄放模块。R3及QF组成高压泄放模块，当QF接收到泄放信号DISC时，闭合触点，回路中高压电容残余储能通过泄放电阻R3进行放电。泄放模块与整流模块输出端并联连接。弱电控制模块与泄放模块连接，获取充电控制模块的泄放信号，并依据泄放信号控制泄放模块对负载存储的电能进行泄放。充电装置使用完毕或出现故障时，用于将高压电容上残余电能进行释放，确保人员安全。

可选的，充电装置还包括：限流电阻。限流电阻与整流模块接地端相对的一端串联连接。限流电阻可起到负载充电限流作用，另一方面在后级负载出现短路故障时，起到隔离保护充电装置的作用。R4为限流电阻，可实现负载侧高压电容的充电电流，也可实现负载侧高压电容快速放电时与充电电源的电气隔离，起到保护充电电源的作用。

可选的，充电装置还包括：谐振模块。全桥逆变模块通过谐振模块与变压器模块连接。通过在全桥逆变模块和变压器模块之间加入谐振模块，使全桥逆变模块具有抗短路能力。L与C1为逆变回路中串联谐振电感与串联谐振电容，逆变回路工作于LC串联谐振状态，使得逆变电路具有抗负载短路能力。

具体的，弱电控制模块包括：电流信号处理单元、电压信号处理单元和泄放控制单元。电流信号处理单元与电压采样模块连接，获取电压采样模块的电流采样信号并将其处理为充电控制模块需要的电流采样信号。电压信号处理单元与电压采样模块连接，获取电压采样模块预设位置的电压信号并进行信号处理，得到包含电压采样信号的光信号并传输至充电控制模块。泄放控制单元与泄放模块连接，控制泄放模块对负载存储的电能进行泄放。

具体的，充电控制模块包括：第一控制单元、第二控制单元、电流PI控制单元和电压滞环及多模块均压单元。第一控制单元与全桥逆变模块连接，调节全桥逆变电路的驱动频率。第二控制器用于电压给定、电流给定和泄放控制。电流PI控制单元获取电流信号处理单元传输的电流采样信号，并依据电流采样信号通过第一控制单元控制全桥逆变模块的驱动频率。电压滞环及多模块均压单元通过电压给定的滞环控制对充电装置的输出电压进行限幅。

可选的，第一控制单元为PWM控制芯片，可包括UC3867谐振控制芯片及其外围电路，实现对充电电源全桥逆变模块的变频定宽PWM控制。第二控制单元可为PLC或DSP数值控制器，实现电流给定、电压给定、泄放使能等控制功能并实现与上位机通讯功能，控制回路可实现电流设定、电压设定、泄放及基本的保护功能。

图2是本发明实施例提供的均压单元的电路原理图

进一步地，请参照图2，电压滞环及多模块均压单元设有均压电路。均压电路设有均压端口。均压电路通过将经处理后的正高压输出电压采样信号与负高压输出电压采样信号通过4个高精度均压电阻连接到一起，当两个充电装置的反馈采样电压不一致时，每个装置内的均压电阻之间的信号与各自的电压采样信号进行比例运算放大，将得到的数值叠加到充电电流给定处，通过微调电流给定值，达到正负高压输出高度对称的要求。

如图2所示，均压连接线上部电路为第一个充电装置的均压电路，下部电路为第二个充电装置的均压电路；VF2与VF1分别为各自充电装置经处理后的输出电压采样信号，R1、R2、R3、R4为阻值相等的均压电阻，根据电路叠加原理，C1与C2两端电压相等时，VF2与VF1相等，当VF2与VF1有偏差时，C1与C2两端电压也不相等，通过U2A及U1A将各自偏差进行比例放大后，分别将IG2与IG1叠加到各自充电电源模块的充电电流给定处，通过调节各自的电流给定，使得正负高压电源模块在输出电压爬升过程中具备高度对称性。

图3是本发明实施例提供的充电装置的电路示意图。

请参照图3，本发明实施例的第二方面还提供了一种充电系统，包括上述实施例中的两个充电装置，两个充电装置并联连接且二者的输入端分别与充电系统的输入端连接，一个充电装置的输出端与充电系统的输出端正极连接，另一个充电装置的输出端与充电系统的输出端负极连接；两个充电装置中充电控制模块的均压端口通过均压信号线连接，对每个充电装置的充电电流进行校准。

正高压充电装置和负高压充电装置在电压爬升和输出过程中，如需保持严格的幅值对称性，将两个充电装置的均压端口通过均压信号线进行连接，以实现两个充电装置输出幅值的高度对称。

本发明实施例旨在保护一种充电装置，包括：全桥逆变模块、变压器模块、整流模块、电压采样模块、电流采样模块、弱电控制模块和充电控制模块；全桥逆变模块、变压器模块和整流模块依次连接，全桥逆变模块的输入端与充电装置的输入端连接，整流模块的输出端与充电装置的输出端连接，充电装置输出端一端接地；电压采样模块与整流模块输出端并联连接；电流采样模块与整流模块接地端串联连接；弱电控制模块与电压采样模块和电流采样模块连接，获取电流采样信号和电压采样信号并传输至充电控制模块；充电控制模块与全桥逆变模块连接，依据电流采样信号和电压采样信号对全桥逆变模块驱动频率进行调节，实现充电装置的恒流充电。上述技术方案具备如下效果：

通过对充电装置输出端进行电压采样和电流采样，并依据电压采样信号和电流采样信号对输出电流的电流调整，实现了充电装置的恒流输出，提高了输出精度；同时，通过均压电路实现了充电系统正负高压幅值的高度对称，满足了用户的需求。

应当理解的是，本发明的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本发明的原理，而不构成对本发明的限制。因此，在不偏离本发明的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。此外，本发明所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种充电装置，其特征在于，包括：全桥逆变模块、变压器模块、整流模块、电压采样模块、电流采样模块、弱电控制模块和充电控制模块；

所述全桥逆变模块、所述变压器模块和所述整流模块依次连接，所述全桥逆变模块的输入端与所述充电装置的输入端连接，所述整流模块的输出端与所述充电装置的输出端连接，所述充电装置输出端一端接地；

所述电压采样模块与所述整流模块输出端并联连接；

所述电流采样模块与所述整流模块接地端串联连接；

所述弱电控制模块与所述电压采样模块和所述电流采样模块连接，获取电流采样信号和电压采样信号并传输至所述充电控制模块；

所述充电控制模块与所述全桥逆变模块连接，依据所述电流采样信号和所述电压采样信号对所述全桥逆变模块驱动频率进行调节，实现充电装置的恒流充电。

2.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，还包括：直流输入模块；

所述直流输入模块与所述全桥逆变模块输入端并联连接。

3.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，还包括：平波模块；

所述平波模块与所述整流模块输出端并联连接。

4.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，还包括：泄放模块；

所述泄放模块与所述整流模块输出端并联连接；

所述弱电控制模块与所述泄放模块连接，获取所述充电控制模块的泄放信号，并依据所述泄放信号控制所述泄放模块对负载存储的电能进行泄放。

5.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，还包括：限流电阻；

所述限流电阻与所述整流模块接地端相对的一端串联连接。

6.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，还包括：谐振模块；

所述全桥逆变模块通过所述谐振模块与所述变压器模块连接。

7.根据权利要求4所述的充电装置，其特征在于，所述弱电控制模块包括：电流信号处理单元、电压信号处理单元和泄放控制单元；

所述电流信号处理单元与所述电压采样模块连接，获取所述电压采样模块的所述电流采样信号并将其处理为所述充电控制模块需要的电流采样信号；

所述电压信号处理单元与所述电压采样模块连接，获取所述电压采样模块预设位置的电压信号并进行信号处理，得到包含所述电压采样信号的光信号并传输至所述充电控制模块；

所述泄放控制单元与所述泄放模块连接，控制所述泄放模块对负载存储的电能进行泄放。

8.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于，所述充电控制模块包括：第一控制单元、第二控制单元、电流PI控制单元和电压滞环及多模块均压单元；

所述第一控制单元与所述全桥逆变模块连接，调节所述全桥逆变电路的驱动频率；

所述第二控制器用于电压给定、电流给定和泄放控制；

所述电流PI控制单元获取所述电流信号处理单元传输的所述电流采样信号，并依据所述电流采样信号通过所述第一控制单元控制所述全桥逆变模块的驱动频率；

所述电压滞环及多模块均压单元通过电压给定的滞环控制对所述充电装置的输出电压进行限幅。

9.根据权利要求8所述的充电装置，其特征在于，

所述电压滞环及多模块均压单元包括均压电路；

所述均压电路设有均压端口。

10.一种充电系统，其特征在于，包括两个权利要求9所述的充电装置，所述两个充电装置并联连接且二者的输入端分别与所述充电系统的输入端连接，一个所述充电装置的输出端与所述充电系统的输出端正极连接，另一个所述充电装置的输出端与所述充电系统的输出端负极连接；

所述两个充电装置中充电控制模块的均压端口通过均压信号线连接，对每个所述充电装置的充电电流进行校准。

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