【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于电力电子变换器，具体涉及一种高效宽电压增益隔离型车载充电机及其控制方法。
技术介绍
1、近年来，电动汽车市场份额不断扩大，车载充电机的发展为其提供了高效、便捷、安全的充电解决方案。随着充电技术的提升和汽车电池容量的增加，车载充电机的优化设计成为电动汽车产业链中的重要环节。相比于其他类型的电源设备，车载充电机专门设计用于为电动汽车提供充电服务，因此在关键性能指标上，如功率密度、功率因数以及变换器效率，它面临着更为严格的性能标准和优化需求。
2、现有车载充电机的前级ac/dc变换器大多采用桥式boost功率因数校正(pfc)电路，虽然结构成熟，控制简单，但随着功率的增大，其整流桥上的二极管功率损耗也会增大，整机效率降低，只适合小功率场景。且前级采用传统的双闭环控制策略存在功率因数低、动态性能差的问题，不利于车载充电机的发展和推广。对于后级clllc谐振变换器常采用变频调制(pfm)，副边二极管整流以及严重的谐振电流过流现象都将导致损耗增大，无法同时满足宽输出电压范围和高效率两个目标，因此改进并优化其控制策略是车载充电机进一步发展的必要前提。本专利技术针对车载充电机技术面临的“高功率密度、高效率、宽电压增益、多功能”四大挑战，聚焦于“高效率”和“宽电压增益”这两项关键问题。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有车载充电机响应速度慢、对电流谐波敏感及系统稳定性差的问题，提供了一种高效宽电压增益隔离型车载充电机及其控制方法。
2、为了达到上述目
3、一种高效宽电压增益隔离型车载充电机，包括：
4、前级ac/dc变换器，由单相pwm整流器和sepic-zeta dc/dc变换器串联组成，单相pwm整流器用于将交流电转换为直流电，sepic-zeta dc/dc变换器用于调整输出电压的大小和方向，单相pwm整流器的输出直接连接到sepic-zeta dc/dc变换器的输入；
5、后级dc/dc变换器的输入连接前级ac/dc变换器的输出，后级dc/dc变换器采用双向clllc谐振变换器，将前级ac/dc变换器的sepic-zeta dc/dc变换器与后级的clllc谐振变换器级联。
6、电网与前级ac/dc变换器输入侧相连接，电动汽车动力电池与后级dc/dc变换器输出侧连接。
7、sepic-zeta dc/dc变换器将sepic和zeta两种dc/dc变换器进行结合，正向工作时电路工作在sepic模式，反向工作时电路工作在zeta模式。
8、一种高效宽电压增益隔离型车载充电机控制方法，前级ac/dc变换器的具体控制方法如下：
9、s1：pwm整流控制器采集电网侧输出的交流电，进入广义二阶积分锁相环控制，得到相位一致的电流is和电压us；
10、s2：pwm整流控制器采集电容c1获取整流后的直流电压u1和直流电流i1，将直流电压u1经过计算得到电容能量ec，将ec与电容能量给定值相减得到的误差值加入pi控制器进行控制，得到电容充电功率的给定值pc*；将直流电压u1和直流电流i1相乘得到的负载功率po，通过pd控制器对负载功率po进行前馈校正，通过功率前馈校正后的负载功率po与电容充电功率的给定值pc*相加得到系统的输入功率给定值pi*；将输入功率给定值pi*除以电网侧电动势es得到电流内环的给定值i*，完成电压外环控制器设计；
11、s3：将电流内环的给定值i*与进过广义二阶积分锁相环的us相乘得到给定的网侧电流值is*，将采集到的电网侧电流值is与给定的网侧电流值is*作差送入电流内环的pi控制器中，通过电流内环输出pwm波的载波ul，与网侧电压us进行比较，最后得到调制电压生成单级倍频pwm波控制的开关管s1、开关管s2、开关管s3和开关管s4的开通和关断；
12、s4：sepic-zeta dc/dc变换器采集输出电压u3与给定值u3ref比较得到被控对象的误差，并输入到pi控制器产生双极性的pwm波控制开关管qs和开关管qz的开通和关断；
13、经过前级ac/dc变换器进行控制后输出直流电压uo，将sepic-zeta dc/dc变换器采集输出电压u3作为后级clllc谐振变换器的输入电压；
14、后级clllc谐振变换器具体控制方法如下：
15、s5：根据前级ac/dc变换器输出直流电压uo以及clllc谐振变换器的输入电压u3选择控制器的调制模式：
16、当uo≥u3，即增益m≥1，采用eps调制，并将工作频率设置为后级clllc谐振变换器的谐振频率；
17、当uo<u3时，即增益m<1，clllc谐振变换器工作在降压模式，采用变频dps调制，电压增益一部分由升频满足，另一部分由移相满足。
18、s1中前级ad/dc变换器中广义二阶积分锁相环控制方法如下：
19、基于广义二阶积分器方法构建虚拟的α-β正交分量，再构造一个与两相静止α-β坐标系相位差为θ的d-q坐标系，该坐标系以角频率ω逆时针旋转，再对单相系统中的实际交流量电压us和电流is分别延迟90°，即可得到电压us和电流is在d-q的分解量，通过pll使谐振频率ω与被跟踪的交流信号保持一致，从而使电流is和电压us相位保持一致。
20、s2中电容中获取整流后的直流电压u1和直流电流i1，将直流电压u1经过计算得到电容能量ec，将ec与电容能量给定值相减得到的误差值加入pi控制器进行控制，得到电容充电功率的给定值pc*，该部分的pi控制算法为：
21、
22、其中，表示电容电功率的给定值，kep为pi调节器的比例系数，为给定的电容能量，ec为根据电容获取整流后的直流电压u1和电流i1得到的电容能量，kei为pi控制器的积分系数；
23、网侧电流的计算方法为，输入功率给定值pi*也就是电容充电功率pc*与负载功率po之和，除以网侧电动势es，因此要获得电流内环电流给定值i*就要引入负载功率，通过直流电压u1和电流i1将计算的负载功率po引入pd控制器中，根据负载功率以及电容充电功率，得到电流内环给定值i*，该部分计算方法如下：
24、
25、其中，es表示电网能量，即为电网电压；
26、得到系统基于电容能量反馈的电压外环控制系统，以及电流内环的电流给定值。
27、为进一步消除负载扰动，引入负载功率前馈控制，在负载功率po被反馈到电流内环之前，对电流内环控制器进行化简，引入go(s)为负载扰动环节的传递函数，分别设负载功率前馈的前向通道的传递函数为g1(s)以及负载功率直接扰动传递函数为g2(s)，负载扰动环节的传递函数go(s)为go(s)＝g1(s)+g2(s)，得到负载功率总扰动为：
28、
29、其中，po表示负载功率，s为传递函数的复频率，kp、ki分别为pi本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种高效宽电压增益隔离型车载充电机，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种高效宽电压增益隔离型车载充电机，其特征在于，电网与前级AC/DC变换器输入侧相连接，电动汽车动力电池与后级DC/DC变换器输出侧连接。
3.根据权利要求1所述的一种高效宽电压增益隔离型车载充电机，其特征在于，Sepic-Zeta DC/DC变换器将Sepic和Zeta两种DC/DC变换器进行结合，正向工作时电路工作在Sepic模式，反向工作时电路工作在Zeta模式。
4.一种高效宽电压增益隔离型车载充电机控制方法，其特征在于，前级AC/DC变换器的具体控制方法如下：
5.根据权利要求4所述的一种高效宽电压增益隔离型车载充电机控制方法，其特征在于，S1中前级AD/DC变换器中广义二阶积分锁相环控制方法如下：
6.根据权利要求4所述的一种高效宽电压增益隔离型车载充电机控制方法，其特征在于，S2中电容C1获取整流后的直流电压U1和直流电流i1，将直流电压U1经过计算得到电容能量EC，将EC与电容能量给定值EC*相减得到的误差值加入PI控制器
7.根据权利要求6所述的一种高效宽电压增益隔离型车载充电机控制方法，其特征在于，为进一步消除负载扰动，引入负载功率前馈控制，在负载功率Po被反馈到电流内环之前，对电流内环控制器进行化简，引入Go(s)为负载扰动环节的传递函数，分别设负载功率前馈的前向通道的传递函数为G1(s)以及负载功率直接扰动传递函数为G2(s)，负载扰动环节的传递函数Go(s)为Go(s)＝G1(s)+G2(s)，得到负载功率总扰动为：
8.根据权利要求7所述的一种高效宽电压增益隔离型车载充电机控制方法，其特征在于，S2中通过PD控制器对负载功率Po进行前馈校正方法如下：
9.根据权利要求4所述的一种高效宽电压增益隔离型车载充电机控制方法，其特征在于，采用变直流母线电压控制策略将前级AC/DC变换器的Sepic-Zeta DC/DC变换器与后级的CLLLC谐振变换器级联，由CLLLC谐振变换器的输出给定值来控制Sepic-Zeta DC/DC变换器的输出给定值。
...【技术特征摘要】
1.一种高效宽电压增益隔离型车载充电机，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种高效宽电压增益隔离型车载充电机，其特征在于，电网与前级ac/dc变换器输入侧相连接，电动汽车动力电池与后级dc/dc变换器输出侧连接。
3.根据权利要求1所述的一种高效宽电压增益隔离型车载充电机，其特征在于，sepic-zeta dc/dc变换器将sepic和zeta两种dc/dc变换器进行结合，正向工作时电路工作在sepic模式，反向工作时电路工作在zeta模式。
4.一种高效宽电压增益隔离型车载充电机控制方法，其特征在于，前级ac/dc变换器的具体控制方法如下：
5.根据权利要求4所述的一种高效宽电压增益隔离型车载充电机控制方法，其特征在于，s1中前级ad/dc变换器中广义二阶积分锁相环控制方法如下：
6.根据权利要求4所述的一种高效宽电压增益隔离型车载充电机控制方法，其特征在于，s2中电容c1获取整流后的直流电压u1和直流电流i1，将直流电压u1经过计算得到电容能量ec，将ec与电容能量给定值ec*相减得到...
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