技术领域
[0001] 本
申请涉及充电机技术领域，尤其涉及到一种充电机电源系统及充电机。
背景技术
[0002] 随着人类环境的变化和节能减排的呼声越来越高，绿色
能源的开发成了当今社会的发展主题，新能源
汽车，如电动汽车，作为清洁、低
碳绿色车辆收到世界各国的极大关注。充电
电池是电动汽车的重要组成部分，直接影响整车的性能和用户的驾驶体验。
[0003] 目前充电电池的充电主要采用充电机实现。但是现有的充电机受技术的限制，单个模
块无法实现大功率等级，大功率运用时需要多个模块并联。这样一来，大大增加了设备体积，降低了
稳定性，使故障率较高。
发明内容
[0004] 有鉴于此，本申请提供了一种充电机电源系统及充电机，主要解决充电机稳定性差、体积大、故障率高的问题。
[0005] 为解决上述技术问题，本申请提供了一种充电机电源系统，包括：
[0006] 预充电
电路模块、储能电路模块、逆变电路模块、滤波电路模块以及控制电路模块；
[0007] 所述预充电电路模块与所述储能电路模块连接，所述预充电电路模块用于在电源接通瞬间对电容充电
电流进行限流处理；
[0008] 所述储能电路模块还与所述逆变电路模块连接，所述逆变电路模块还与所述滤波电路模块连接，所述滤波电路模块用于平缓所述转换电路模块输出的电流；
[0009] 所述控制电路模块用于向所述逆变电路模块输入调制方波，所述逆变电路模块用于根据所述调制方波中的电平
信号调整
电压占空比。
[0010] 进一步地，所述预充电电路模块包括：
二极管D1、充电
电阻R1和
接触器KM1；
[0011] 所述接触器KM1与电源输入正端的熔断器FU1连接，所述二极管D1和所述充电电阻R1连接，所述接触器KM1与所述二极管D1和所述充电电阻R1并联连接，所述接触器KM1用于根据所述储能电路模块的储能状态实现闭合或关断。
[0012] 进一步地，所述储能电路模块包括：电容电路模块和均压电阻电路模块；
[0013] 所述电容电路模块包括
支撑电容C1，支撑电容C1的正极与
母线正连接，3个支撑电容C1的负极与母线负连接；
[0014] 所述电阻电路模块由变压电阻RL1构成；
[0015] 所述电容电路模块与所述均压电路模块并联。
[0016] 进一步地，所述逆变电路模块包括第一逆变电路模块、第二逆变电路模块和第三逆变电路模块，所述第一逆变电路模块、所述第二逆变电路模块和所述第三逆变电路模块的输入端与所述预充电电路模块的输出端连接，所述第一逆变电路模块、所述第二逆变电路模块和所述第三逆变电路模块的输出端用于与所述滤波电路模块连接；
[0017] 所述第一逆变电路模块包括绝缘栅双极型晶体管IGBT-U、第一吸收电容C3和第一二极管E2，所述第一吸收电容C3的正极与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-U的集
电极连接，所述第一二极管E2的正极与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-U的发射极连接，所述第一吸收电容C3和所述第一二极管E2的负极与母线负连接；
[0018] 所述第二逆变电路模块包括绝缘栅双极型晶体管IGBT-V、第二吸收电容C3和第二二极管E2，所述第二吸收电容C3的正极与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-V的集电极连接，所述第二二极管E2的正极与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-V的发射极连接，所述第二吸收电容C3和所述第二二极管E2的负极与母线负连接；
[0019] 所述第三逆变电路模块包括绝缘栅双极型晶体管IGBT-W、第三吸收电容C3和第三二极管E2，所述第三吸收电容C3的正极与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-W的集电极连接，所述第三二极管E2的正极与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-W的发射极连接，所述第三吸收电容C3和所述第三二极管E2的负极与母线负连接。
[0020] 进一步地，所述滤波电路模块包括：电流互感器Tu，Tv，Tw，Tm、滤波电抗器L1、输出滤波电容C2；
[0021] 所述电流互感器Tu一端与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-U的发射极连接，所述电流互感器Tu的另一端与所述滤波电抗器L1的输入端U端连接；
[0022] 所述电流互感器Tv一端与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-V的发射极连接，所述电流互感器Tv的另一端与所述滤波电抗器L1的输入端V端连接；
[0023] 所述电流互感器Tw一端与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-W的发射极连接，所述电流互感器Tw的另一端与所述滤波电抗器L1的输入端W端连接；
[0024] 所述输出滤波电容C2与滤波电抗器并联连接，所述输出滤波电容C2的正极与所述滤波电抗器L1的输出端X端、所述滤波电抗器L1的输出端Y端、所述滤波电抗器L1的输出端Z端连接，所述输出滤波电容C2的负极与所述储能电路模块的输出端连接；
[0025] 所述电流互感器Tm的一端与所述输出滤波电容C2的正极连接，所述电流互感器Tm的另一端与电源输出正极连接。
[0026] 进一步地，所述控制电路模块包括：主控模块、载波发生模块，给定控
制模块、PWM调制模块；
[0027] 所述主控模块用于对所述载波发生模块进行使能控制，并向所述给定
控制模块发送
输出电压值给定和输出电流值给定；
[0028] 所述载波发生模块用于接收所述主控模块发送的
控制信号，并根据所述控制信号输出三
角波；
[0029] 所述给定控制模块包括内环和外环两个双闭环，所述内环为电流环，所述外环为电压环或电流环；
[0030] 所述PWM调制模块用于将所述载波发生模块输出的三角波与目标值比对，产生占空比可调节的调制方波；
[0031] 所述PWM调制模块的输出端与所述逆变电路模块中所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-U、所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-V、所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-W的
门极连接，用于基于所述调制方波的高低电平控制所述第一逆变电路模块、所述第二逆变电路模块和所述第三逆变电路模块的导通和关断。
[0032] 相应的，本申请中还提供了一种充电机，包括：
[0033] 预充电电路模块、储能电路模块、逆变电路模块、滤波电路模块以及控制电路模块；
[0034] 所述预充电电路模块与所述储能电路模块连接，所述预充电电路模块用于在电源接通瞬间对电容充电电流进行限流处理；
[0035] 所述储能电路模块还与所述逆变电路模块连接，所述逆变电路模块还与所述滤波电路模块连接，所述滤波电路模块用于平缓所述转换电路模块输出的电流；
[0036] 所述控制电路模块用于向所述逆变电路模块输入调制方波，所述逆变电路模块用于根据所述调制方波中的电平信号调整电压占空比。
[0037] 进一步地，所述预充电电路模块包括二极管D1、充电电阻R1和接触器KM1；
[0038] 所述接触器KM1与电源输入正端的熔断器FU1连接，所述二极管D1和所述充电电阻R1连接，所述接触器KM1与所述二极管D1和所述充电电阻R1并联连接，所述接触器KM1用于根据所述储能电路模块的储能状态实现闭合或关断。
[0039] 进一步地，所述储能电路模块包括：电容电路模块和均压电阻电路模块；
[0040] 所述电容电路模块包括支撑电容C1，支撑电容C1的正极与母线正连接，3个支撑电容C1的负极与母线负连接；
[0041] 所述电阻电路模块由变压电阻RL1构成；
[0042] 所述电容电路模块与所述均压电路模块并联。
[0043] 进一步地，所述逆变电路模块包括第一逆变电路模块、第二逆变电路模块和第三逆变电路模块，所述第一逆变电路模块、所述第二逆变电路模块和所述第三逆变电路模块的输入端与所述预充电电路模块的输出端连接，所述第一逆变电路模块、所述第二逆变电路模块和所述第三逆变电路模块的输出端用于与所述滤波电路模块连接；
[0044] 所述第一逆变电路模块包括绝缘栅双极型晶体管IGBT-U、第一吸收电容C3和第一二极管E2，所述第一吸收电容C3的正极与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-U的集电极连接，所述第一二极管E2的正极与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-U的发射极连接，所述第一吸收电容C3和所述第一二极管E2的负极与母线负连接；
[0045] 所述第二逆变电路模块包括绝缘栅双极型晶体管IGBT-V、第二吸收电容C3和第二二极管E2，所述第二吸收电容C3的正极与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-V的集电极连接，所述第二二极管E2的正极与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-V的发射极连接，所述第二吸收电容C3和所述第二二极管E2的负极与母线负连接；
[0046] 所述第三逆变电路模块包括绝缘栅双极型晶体管IGBT-W、第三吸收电容C3和第三二极管E2，所述第三吸收电容C3的正极与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-W的集电极连接，所述第三二极管E2的正极与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-W的发射极连接，所述第三吸收电容C3和所述第三二极管E2的负极与母线负连接。
[0047] 进一步地，所述滤波电路模块包括：电流互感器Tu，Tv，Tw，Tm、滤波电抗器L1、输出滤波电容C2；
[0048] 所述电流互感器Tu一端与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-U的发射极连接，所述电流互感器Tu的另一端与所述滤波电抗器L1的输入端U端连接；
[0049] 所述电流互感器Tv一端与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-V的发射极连接，所述电流互感器Tv的另一端与所述滤波电抗器L1的输入端V端连接；
[0050] 所述电流互感器Tw一端与所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-W的发射极连接，所述电流互感器Tw的另一端与所述滤波电抗器L1的输入端W端连接；
[0051] 所述输出滤波电容C2与滤波电抗器并联连接，所述输出滤波电容C2的正极与所述滤波电抗器L1的输出端X端、所述滤波电抗器L1的输出端Y端、所述滤波电抗器L1的输出端Z端连接，所述输出滤波电容C2的负极与所述储能电路模块的输出端连接；
[0052] 所述电流互感器Tm的一端与所述输出滤波电容C2的正极连接，所述电流互感器Tm的另一端与电源输出正极连接。
[0053] 进一步地，所述控制电路模块包括：主控模块、载波发生模块，给定控制模块、PWM调制模块；
[0054] 所述主控模块用于对所述载波发生模块进行使能控制，并向所述给定控制模块发送输出电压值给定和输出电流值给定；
[0055] 所述载波发生模块用于接收所述主控模块发送的控制信号，并根据所述控制信号输出三角波；
[0056] 所述给定控制模块包括内环和外环两个双闭环，所述内环为电流环，所述外环为电压环；
[0057] 所述PWM调制模块用于将所述载波发生模块输出的三角波与目标值比对，产生占空比可调节的调制方波；
[0058] 所述PWM调制模块的输出端与所述逆变电路模块中所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-U、所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-V、所述绝缘栅双极型晶体管IGBT-W的门极连接，用于基于所述调制方波的高低电平控制所述第一逆变电路模块、所述第二逆变电路模块和所述第三逆变电路模块的导通和关断。
[0059] 借由上述技术方案，实现单模块大功率。本申请提供的一种充电机电源系统及充电机，与目前的充电机相比，本申请采用多相BUCK电路以及三相合成电感，可提高设备性能，降低设备体积和成本。同时通过双闭环和多重化控制，并且增加内环调节，可提高充电机电源电路的稳定性，能够还原最自然充电曲线，减少对负载的冲击，进而延长使用寿命，降低故障率。可实现单模块大功率运行。不仅减小了设备体积、降低了成本，还可增加设备的稳定性，降低故障率。
附图说明
[0060] 此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性
实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本地申请的不当限定。在附图中：
[0061] 图1为本发明实施例提供的充电机电源系统的电路拓扑图；
[0062] 图2为本发明实施例提供的充电机电源系统的模块示意图；
[0063] 图3为本发明实施例提供的充电机电源系统的电源模块的内部控制
框图。
具体实施方式
[0064] 参见图1所示，本申请实施例提供的一种充电机电源电路主要采用DC/DC方式，采用多相BUCK电路以及三相合成电感，构成输出电压等于或者小于输入电压的非隔离型降压电路，提高了设备性能，降低了设备体积和成本。如图1～图2所示，充电机电源系统包括预充电电路模块、储能电路模块、逆变电路模块、滤波电路模块以及控制电路模块；预充电电路模块与储能电路模块连接，预充电电路模块用于在电源接通瞬间对电容充电电流进行限流处理，起到了限制电源接通瞬间对电容充电电流的作用，以保护逆变电路模块的元件不会因电容瞬间
短路电流而损坏。储能电路模块与逆变电路模块连接，储能电路模块用于存储电量；逆变电路模块还与滤波电路模块连接，滤波电路模块用于平缓转换电路模块输出的电流；控制电路模块用于向转换电路模块输入调制方波，逆变电路模块用于根据调制方波中的电平信号调整电压占空比。
[0065] 在本实施例中，预充电电路模块包括：二极管D1、充电电阻R1和接触器KM1；接触器KM1与电源输入正端的熔断器FU1连接，二极管D1和充电电阻R1连接，接触器KM1与二极管D1和限流电阻R1并联连接，接触器KM1用于根据储能电路模块的储能状态实现闭合或关断。
[0066] 储能电路模块包括：电容电路模块和均压电阻电路模块；在本实施例中，电容电路模块包括3个并联连接的支撑电容C1，3个支撑电容C1的正极与母线正连接，3个支撑电容C1的负极与母线负连接；电阻电路模块包括3个
串联连接的变压电阻RL1；电容电路模块与均压电阻电路模块并联。
[0067] 逆变电路模块包括第一逆变电路模块、第二逆变电路模块和第三逆变电路模块，第一逆变电路模块、第二逆变电路模块和第三逆变电路模块的输入端与预充电电路模块的输出端连接，第一逆变电路模块、第二逆变电路模块和第三逆变电路模块的输出端用于与滤波电路模块连接；第一逆变电路模块包括绝缘栅双极型晶体管IGBT-U、第一吸收电容C3和第一二极管E2，第一吸收电容C3的正极与绝缘栅双极型晶体管IGBT-U的集电极连接，第一二极管E2的正极与绝缘栅双极型晶体管IGBT-U的发射极连接，第一吸收电容C3和第一二极管E2的负极与母线负连接；第二逆变电路模块包括绝缘栅双极型晶体管IGBT-V、第二吸收电容C3和第二二极管E2，第二吸收电容C3的正极与绝缘栅双极型晶体管IGBT-V的集电极连接，第二二极管E2的正极与绝缘栅双极型晶体管IGBT-V的发射极连接，第二吸收电容C3和第二二极管E2的负极与母线负连接；第三逆变电路模块包括绝缘栅双极型晶体管IGBT-W、第三吸收电容C3和第三二极管E2，第三吸收电容C3的正极与绝缘栅双极型晶体管IGBT-W的集电极连接，第三二极管E2的正极与绝缘栅双极型晶体管IGBT-W的发射极连接，第三吸收电容C3和第三二极管E2的负极与母线负连接。
[0068] 在具体的应用场景中，当IGBT导通时负载
能量由输入端提供，同时由滤波电路模块中滤波电抗器L1和输出滤波电容C2存储能量。当IGBT关断时，滤波电抗器L1电流不能突变，负载能量由滤波电抗器L1提供，并通过二极管E2续流。当滤波电抗器L1电流降至0时，负载能量由输出滤波电容C2提供。其中，可通过调整占空比来控制输出电压，输出电压等于输入电压乘以占空比。
[0069] 在本实施例中，滤波电路模块包括：4个电流互感器Tu，Tv，Tw，Tm、3个滤波电抗器L1、2个输出滤波电容C2；电流互感器Tu一端与绝缘栅双极型晶体管IGBT-U的发射极连接，电流互感器Tu的另一端与滤波电抗器L1的输入端U端连接；电流互感器Tv一端与绝缘栅双极型晶体管IGBT-V的发射极连接，电流互感器Tv的另一端与滤波电抗器L1的输入端V端连接；电流互感器Tw一端与绝缘栅双极型晶体管IGBT-W的发射极连接，电流互感器Tw的另一端与滤波电抗器L1的输入端W端连接；2个输出滤波电容C2与滤波电抗器并联连接，输出滤波电容C2的正极与滤波电抗器L1的输出端X端、滤波电抗器L1的输出端Y端、滤波电抗器L1的输出端Z端连接，2个输出滤波电容C2的负极与储能电路模块的输出端连接；电流互感器Tm的一端与输出滤波电容C2的正极连接，电流互感器Tm的另一端与电源输出正极连接。
[0070] 控制电路模块包括：主控模块、载波发生模块，给定控制模块、PWM调制模块；主控模块用于对载波发生模块进行使能控制，并向给定控制模块发送输出电压值给定和输出电流值给定；载波发生模块用于接收主控模块发送的控制信号，并根据控制信号输出三角波；给定控制模块包括内环和外环两个双闭环，内环具体可为单相电流环，外环具体可为输出电压环或输出电流环；PWM调制模块用于将载波发生模块输出的三角波与目标值比对，产生占空比可调节的调制方波；PWM调制模块的输出端与逆变电路模块中绝缘栅双极型晶体管IGBT-U、绝缘栅双极型晶体管IGBT-V、绝缘栅双极型晶体管IGBT-W的门极连接，用于基于调制方波的高低电平控制第一逆变电路模块、第二逆变电路模块和第三逆变电路模块的导通和关断。
[0071] 其中，如图3所示，控制电路模块中的MCU应用层与充电桩主控以RS485协议通讯，并且有两路
数字量输入和两路数字量输出可供使用；
风机和输入接触器由MCU控制；每相IGBT模块附近的
温度检测反馈给MCU应用层，也接收底层
硬件的过流故障反馈；对载波发生器进行使能控制；根据主控的命令，对给定
控制器发送输出电压值给定和输出电流值给定。给定控制器采用双闭环模式：内环为单相电流环，外环为输出电压环或输出电流环。由于多重化对于载波相序的严格要求，载波必须采用三角波型，它相对于
锯齿波的好处在于当三相PWM
波形因多重载波高度不同或者给定值有偏差导致占空比不一致时，也能保持中心对称的特性。PWM
调制器将多重化载波的每相三角波波形分别与目标值比较，产生占空比可调节的调制方波。IGBT驱动电路可采用光耦驱动半桥的方式。
[0072] 本发明提供的充电机电源系统及充电机具有以下有益效果：
[0073] 1、采用双闭环控制，可增加内环调节，提高稳定性。
[0074] 2、通过电感集成化设计，可减小体积，降低成本。
[0075] 3、通过多重化控制，可减小纹波，提高性能。
[0076] 4、还原最自然充电曲线，减少对负载的冲击。
[0077] 5、使用寿命长，故障率低。
[0078] 最后所应说明的是，以上具体实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行
修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的
权利要求范围当中。
