单相车载集成三电平NPC充电电源模块制造技术

本发明专利技术涉及一种单相车载集成三电平NPC充电电源模块，由单相交流电源单元、三相永磁同步电机、三电平NPC变换器、储能式直流蓄电池依序级联构成；单相交流电源单元由电网、充电开关K1和放电开关K2组成，电网与K1串联后与K2并联；单相交流电源单元一端、直流蓄电池以及三相永磁同步电机的定子的两相电感均与三电平NPC变换器相连，其另一端与定子的另一相电感相连；三相永磁同步电机的三相电感在K1闭合K2断开的充电状态下与三电平NPC变换器一起将电网Ug交流电整流成直流电并传输给直流蓄电池；三相电感在充电状态下校正功率因数，控制输入电流双通道交错流通，从而抑制输入电流纹波。该模块能够高效、方便地为电动汽车充电，且电路简单，成本低，体积小。体积小。体积小。

【技术实现步骤摘要】
单相车载集成三电平NPC充电电源模块


[0001]本专利技术属于电力电子
，具体涉及一种单相车载集成三电平NPC充电电源模块。

技术介绍

[0002]整流器是电力电子装置的一个重要组成部分，主要功能是利用功率半导体器件把交流电能转换为直流电能，广泛应用于家用电器、工业设备等诸多领域。
[0003]随着气候条件的不断恶化，保护环境、减少二氧化碳的排放已经成为世界各国的重要工作；全世界拥有数亿辆燃油汽车，每年都要消耗大量的汽油，因此燃油车向电动汽车的过渡已经成为汽车行业的趋势，电动汽车只需要使用电能就可以驱使汽车，不需要燃烧化石能源，非常适合当今世界环保的需要；但是电动汽车的蓄电池续航不够、蓄电池充电速度慢的问题一直是困扰消费者的重要原因，通常，有两种类型的电池充电器：车载型和独立(非车载)型。车载充电器在任何有电源插座的地方都能灵活充电。车载型具有增加车辆重量、体积和成本的缺点；因此，它通常用于较低功率(<3.5kW)。当需要更高的充电功率时，使用非车载充电器时，充电器的尺寸和重量更方便控制。受限于充电站数量的限制，电动汽车并不能一直使用非车载充电器，车载充电器的需求仍然很大。对于传统车载充电器，需要大电感，开关管等器件，增加了电路的重量、尺寸和成本，这对电动汽车都是很大的负担。
[0004]因此，寻求一种具有成本低、充电功率密度高、体积小的集成车载整流器，对电动汽车行业的发展具有非常积极的意义，在目前电动汽车行业大发展的环境下具有良好的应用前景。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种单相车载集成三电平NPC充电电源模块，该模块能够高效、方便地为电动汽车充电，且电路简单，成本低，体积小。
[0006]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种单相车载集成三电平NPC充电电源模块，由单相交流电源单元、三相永磁同步电机、三电平NPC变换器、储能式直流蓄电池依序级联构成；所述单相交流电源单元由电网Ug、充电开关K1和放电开关K2组成，所述电网Ug与充电开关K1串联后与放电开关K2并联；所述单相交流电源单元一端、直流蓄电池以及三相永磁同步电机的定子的两相电感均与三电平NPC变换器相连，单相交流电源单元另一端与三相永磁同步电机的定子的另一相电感相连；所述三相永磁同步电机的三相电感在K1闭合K2断开的充电状态下与三电平NPC变换器一起将电网Ug交流电整流成直流电并传输给直流蓄电池；所述三相永磁同步电机的三相电感在充电状态下起到功率因数校正的作用，控制电网Ug的输入电流双通道交错流通，从而达到抑制输入电流纹波的效果。
[0007]进一步地，所述三电平NPC变换器包括三个互相并联的由IGBT组成的桥臂、三个由二极管组成的二极管桥以及两个参数完全相同的电容C1和C2；三个桥臂的中点A、B、C共同组成交流端，三个桥臂的两端构成直流端，各桥臂中第一个IGBT的c极作为直流端的一端为
三相NPC变换器的正极，各桥臂中最后一个IGBT的e极作为直流端的另一端为三相NPC变换器的负极；三个二极管桥分别连接在相应的桥臂上面；电容C1和C2串联后两端分别连接三电平NPC变换器的正极和负极；三电平NPC变换器的正极和负极分别连接直流蓄电池的正极和负极；
[0008]桥臂中点A与单相交流电源单元一端连接，桥臂中点B、C分别与三相永磁同步电机定子的b相电感Lb、c相电感Lc连接，三相永磁同步电机定子的a相电感La与单相交流电源单元另一端相连；
[0009]电网Ug的电流从三相永磁同步电机的a相流入，从b、c相流出；在每个开关周期内控制b、c相的电流，大小相等且在时域中相差180
°
；由于a相电流等于b、c相电流之和，而b、c相电流在每个开关周期内交错180
°
，使得电网Ug的输入电流纹波得到有效地抑制。
[0010]进一步地，所述三个桥臂均包括四个同向串联的IGBT型开关管，分别为Sa1
‑
Sa4、Sb1
‑
Sb4、Sc1
‑
Sc4，三个桥臂的中点A、B、C分别位于Sa2与Sa3之间、Sb2与Sb3之间、Sc2与Sc3之间；
[0011]所述三个二极管桥均包括两个同向串联的二极管，分别为D11、D12，D21、D22，以及D31、D32，三个二极管桥的中点分别位于D11与D12之间、D21与D22之间、D31与D32之间，三个二极管桥的中点均与电容C1和C2的中点N连接，三个二极管桥的阳极分别连接在Sx1与Sx2之间，三个二极管桥的阴极分别连接在Sx3与Sx4之间，其中x＝a,b,c。
[0012]进一步地，在所述三电平NPC变换器中，每个IGBT型开关管的c、e两端均反向并联一个续流二极管。
[0013]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术可以将汽车驱动系统与车载充电变换系统进行结合，省去传统车载充电变换系统中的功率因数校正电感，显著提高空间利用率，此外，将永磁同步电机中的电感作为功率因数校正交错电感，能够显著提高交流侧的谐波抑制能力。本专利技术把传统的三电平NPC变换器与三相永磁同步电机三相电感的结构结合，构成新型的集成车载的箝位电路结构，提出了单相三电平NPC整流器的电路结构与拓扑。与传统的车载充电器相比，本专利技术能够使用220V的家庭电给电动车蓄电池充电，通过把电动汽车内部的电动机绕组、驱动电机的电力电子器件用于充电电路，实现重复利用，具有成本低、单位功率因数运行、零转矩、体积小、功率密度高、应用前景广等优点。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例的电路图。
[0015]图2为本专利技术实施例的驱动电路图。
[0016]图3为本专利技术实施例的充电电路图。
[0017]图4为本专利技术实施例的控制框图。
[0018]图5为本专利技术实施例中三电平NPC变换器输出0.5Uo的电路图。
[0019]图6为本专利技术实施例中三电平NPC变换器输出0的电路图。
[0020]图7为本专利技术实施例中三电平NPC变换器输出
‑
0.5Uo的电路图。
[0021]图8为本专利技术实施例中影响中性点平衡的电路图。
[0022]图9为本专利技术实施例中UBA＝Uc2，UCA＝Uc1+Uc2的模态图。
[0023]图10为本专利技术实施例中UBA＝Uc1+Uc2，UCA＝Uc1+Uc2的模态图。
[0024]图11为本专利技术实施例中UBA＝Uc1+Uc2，UCA＝Uc2的模态图。
[0025]图12为本专利技术实施例中UBA＝Uc1，UCA＝Uc1的模态图。
[0026]图13为本专利技术实施例中UBA＝Uc2，UCA＝Uc2的模态图。
[0027]图14为本专利技术实施例中UBA＝0，UCA＝Uc2的模态图。
[0028]图15为本专利技术实施例中UBA＝Uc2，UCA＝0的模态图。
[0029]图16为本专利技术实施例中UBA＝0，UCA＝Uc1的模态图。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单相车载集成三电平NPC充电电源模块，其特征在于，由单相交流电源单元、三相永磁同步电机、三电平NPC变换器、储能式直流蓄电池依序级联构成；所述单相交流电源单元由电网Ug、充电开关K1和放电开关K2组成，所述电网Ug与充电开关K1串联后与放电开关K2并联；所述单相交流电源单元一端、直流蓄电池以及三相永磁同步电机的定子的两相电感均与三电平NPC变换器相连，单相交流电源单元另一端与三相永磁同步电机的定子的另一相电感相连；所述三相永磁同步电机的三相电感在K1闭合K2断开的充电状态下与三电平NPC变换器一起将电网Ug交流电整流成直流电并传输给直流蓄电池；所述三相永磁同步电机的三相电感在充电状态下起到功率因数校正的作用，控制电网Ug的输入电流双通道交错流通，从而达到抑制输入电流纹波的效果。2.根据权利要求1所述的单相车载集成三电平NPC充电电源模块，其特征在于，所述三电平NPC变换器包括三个互相并联的由IGBT组成的桥臂、三个由二极管组成的二极管桥以及两个参数完全相同的电容C1和C2；三个桥臂的中点A、B、C共同组成交流端，三个桥臂的两端构成直流端，各桥臂中第一个IGBT的c极作为直流端的一端为三相NPC变换器的正极，各桥臂中最后一个IGBT的e极作为直流端的另一端为三相NPC变换器的负极；三个二极管桥分别连接在相应的桥臂上面；电容C1和C2串联后两端分别连接三电平NPC变换器的正极和负极；三电平NPC变换器的正极和负极分别连接直流蓄电池的正极和负极；桥臂中点A与单相交流电源单元一端连接，桥臂中点B、...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈亦文，蔡杨鑫，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：