一种单级单相隔离型制造技术

本发明专利技术涉及一种单级单相隔离型

【技术实现步骤摘要】
一种单级单相隔离型AC
‑
DC变换器及其变频控制方法


[0001]本专利技术涉及功率变换
，尤其是涉及一种带有功率因数校正功能的单级单相隔离型
AC
‑
DC
变换器及其变频控制方法
。

技术介绍

[0002]新能源电动汽车作为新能源领域的一种典型应用，由于其出行清洁
、
使用能源可再生的特点，能有效缓解化石能源危机和因传统能源应用而产生的环境问题
。
其中，单相
AC
‑
DC
变换器作为电动汽车充电系统在单相充电工况下与电网进行能量交互的接口，由于成本低
、
可靠性高得到广泛的应用
。
但出于安全性和电压变比的要求，例如中国专利申请
CN200910036822.4
所示的传统的电动汽车充电结构一般为前级非隔离
AC
‑
DC
变换器和后级隔离
DC
‑
DC
变换器组成的两级型充电结构，在增加系统成本的同时，由于非隔离
AC
‑
DC
变换器多为硬开关运行，充电器的整体效率较低
。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的是克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种单级单相隔离型
AC
‑
DC
变换器及其变频控制方法
。
[0004]本专利技术的目的可以通过以下技术方案来实现：
[0005]作为本专利技术的第一方面，提供一种单级单相隔离型
AC
‑
DC
变换器，所述变换器一侧与单相电网连接，并于另一侧输出直流电压，所述变换器包括：两个设置于单相电网的正负极之间的网侧滤波电容
C1、C2，网侧输入滤波电感
L1、L2，网侧整流桥与
LLC
结构；
[0006]所述
LLC
结构用于通过变频调制控制输出电压跟踪直流电压给定值，包括由四个开关管
S1、S2、S3、S4组成的驱动电桥
、
谐振电容电感
、
高频变压器以及副边整流桥；
[0007]所述单相电网的正负极分别通过一个网侧输入滤波电感与网侧整流桥的其中一对对角相连，网侧整流桥的另一对对角连接驱动电桥的一对对角，所述驱动电桥的另一对对角分别通过谐振电感
L
r
与谐振电容
C
r
与高频变压器励磁电感
L
m
的两端连接；两个所述网侧滤波电容的中点和驱动电桥中与谐振电感
L
r
对应半桥的中点相连
。
[0008]进一步的，所述网侧整流桥由四个网侧整流二极管
D1、D2、D3、D4组成
。
[0009]进一步的，所述副边整流桥由四个副边整流二极管
D5、D6、D7、D8组成
。
[0010]作为本专利技术的第二方面，提供一种如上所述单级单相隔离型
AC
‑
DC
变换器的变频控制方法，，所述变频控制方法采用电网电压前馈的直流母线电压外环与用于调节电网电压前馈分量的网侧电流内环的双闭环控制，得到对应时刻的变换器开关频率
f
s
；基于开关频率
f
s
，通过变频调制环节得到变换器开关管
S1、S2、S3、S4的开关信号
。
[0011]进一步的，所述电压外环以电网电压为前馈，采用
PI
控制器，使直流侧的输出电压
u
bat
跟随给定值
u
batref
变化
。
[0012]进一步的，所述网侧电流内环，通过三次二阶广义积分提取输入电流中的三次谐波分量，并用以调节电网电压的前馈系数
K
f
，从而改变控制环路中电网电压前馈分量的大
小
。
[0013]进一步的，所述前馈系数
K
f
调节过程具体如下：
[0014]设置前馈系数
K
f
以及前馈系数
K
f
变化方向
Flag
Kf
的初始值；
[0015]获取上一控制周期的输入电流的三倍频分量的有效值
I
s3th_0
；
[0016]在本次控制周期控制回路中通过三次二阶广义积分得到输入电流的三倍频分量的有效值为
I
s3th
；
[0017]通过比较前后两个控制周期三倍频分量的大小，判断此时
K
f
的扰动方向是否是更接近最优值；
[0018]若是使输入电流中的三次谐波较之前更小，则进一步沿之前的变化方向扰动；
[0019]若否则改变
K
f
的扰动方向
Flag
Kf
，
[0020]在多个控制周期后得到使输入电流中的三次谐波最小的前馈系数
K
f
。
[0021]进一步的，所述变频控制方法中还加入谐振回路的谐振频率
f
r
。
[0022]进一步的，所述变换器开关频率
f
s
由电压外环输出量
、
谐振频率和电流环调节得到的前馈分量三项相加得到；
[0023]其中，所述电压外环的输入为直流输出电压给定值和直流输出电压的误差量，经过
PI
控制调节以后，电压外环输出量为变换器跟踪电压给定所需要的开关频率
f
s
与谐振频率
f
r
之差；
[0024]所述前馈分量同前馈系数以及此时的电压环输出与谐振频率的和相乘，得到一个跟随电网电压相位变化的频率分量
。
[0025]进一步的，所述开关管
S1～
S4开关信号的一个周期包括四个阶段：
[0026]t1‑
t2：开关管
S1、S4驱动波形电压为正，开关管
S1、S4导通；
[0027]t2‑
t3：开关管
S1、S4的漏源电压上升到母线电压
u
m
，同时开关管
S2、S3的漏源电压下降到0；到达
t3时刻，开关管
S2、S3驱动波形电压为正；
[0028]t3‑
t5：开关管
S2、S3导通；
[0029]t5‑
t6：开关管
S2、S3关断，到达
t6时刻，
S1、S4驱动波形电压为正
。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0031]1)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种单级单相隔离型
AC
‑
DC
变换器，所述变换器一侧与单相电网连接，并于另一侧输出直流电压，其特征在于，所述变换器包括：两个设置于单相电网的正负极之间的网侧滤波电容
C1、C2，网侧输入滤波电感
L1、L2，网侧整流桥与
LLC
结构；所述
LLC
结构用于通过变频调制控制输出电压跟踪直流电压给定值，包括由四个开关管
S1、S2、S3、S4组成的驱动电桥
、
谐振电容电感
、
高频变压器以及副边整流桥；所述单相电网的正负极分别通过一个网侧输入滤波电感与网侧整流桥的其中一对对角相连，网侧整流桥的另一对对角连接驱动电桥的一对对角，所述驱动电桥的另一对对角分别通过谐振电感
L
r
与谐振电容
C
r
与高频变压器励磁电感
L
m
的两端连接；两个所述网侧滤波电容的中点和驱动电桥中与谐振电感
L
r
对应半桥的中点相连
。2.
根据权利要求1所述的一种单级单相隔离型
AC
‑
DC
变换器，其特征在于，所述网侧整流桥由四个网侧整流二极管
D1、D2、D3、D4组成
。3.
根据权利要求1所述的一种单级单相隔离型
AC
‑
DC
变换器，其特征在于，所述副边整流桥由四个副边整流二极管
D5、D6、D7、D8组成
。4.
一种应用如权利要求1‑3任一所述单级单相隔离型
AC
‑
DC
变换器的变频控制方法，其特征在于，所述变频控制方法采用电网电压前馈的直流母线电压外环与用于调节电网电压前馈分量的网侧电流内环的双闭环控制，得到对应时刻的变换器开关频率
f
s
；基于开关频率
f
s
，通过变频调制环节得到变换器开关管
S1、S2、S3、S4的开关信号
。5.
根据权利要求4所述的一种变频控制方法，其特征在于，所述电压外环以电网电压为前馈，采用
PI
控制器，使直流侧的输出电压
u
bat
跟随给定值
u
batref
变化
。6.
根据权利要求4所述的一种变频控制方法，其特征在于，所述网侧电流内环，通过三次二阶广义积分提取输入电流中的三次谐波分量，并用以调节电网电压的前馈系数
K
f
，从而改变控制环路中电网电压前馈...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨世华，王勇，王国四，毕宇轩，陈昌涛，张驰，
申请(专利权)人：上海航天智能装备有限公司，
类型：发明
国别省市：