CN203911558U - 具有apf功能的非车载传导式直流电动汽车充电机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种具有APF功能的非车载传导式直流电动汽车充电机，其主要技术特点是：包括APF功能系统和功率变换功能系统，APF功能系统与功率变换功能系统相连接实现功率变换控制功能；所述的APF功能系统包括APF控制模块，该APF控制模块通过断路器、交流接触器、交流接触器、限流电阻、滤波电感、电子互感器连接在三相交流电路上。本实用新型将APF功能控制系统和功率变换功能系统有机地结合在一起并集成到充电机内部，提高了充电机的性能，保证了设备稳定可靠地运行，并且便于使用和维护；同时，采用多处理器协同工作，对于谐波干扰检测快速、准确，始终保持高效补偿谐波电流，从而提高整机工作效率，并实现了四遥功能。

Description

具有APF功能的非车载传导式直流电动汽车充电机

技术领域

本实用新型属于电动汽车充电机技术领域，尤其是一种具有APF功能的非车载传导式直流电动汽车充电机。

背景技术

功率变换技术经历了二十余年的发展，逐步替代了落后的工频硅整流技术而进入了高频变换时代。在高频变换技术进程中,功率变换技术又走过了它的初期阶段，即硬开关PWM阶段，近年来进入了它的第二阶段，即软开关PWM阶段，无论硬开关PWM还是软开关PWM都会产生谐波干扰，并且由于谐波电流较大，不易将大功率的APF功能集成到充电电源内，往往配以APF机柜来改善电能质量。电动汽车充电机采用这种分体式的结构必然要通过各中数据线、控制线、电源线在APF机柜和充电电源之间建立连接，导致稳定性下降，而且接线复杂、不便于维护。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的不足，提供一种设计合理、性能稳定且使用及维护方便的具有APF功能的非车载传导式直流电动汽车充电机。

本实用新型解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：

一种具有APF功能的非车载传导式直流电动汽车充电机，包括APF功能系统和功率变换功能系统，APF功能系统与功率变换功能系统相连接实现功率变换控制功能；所述的APF功能系统包括APF控制模块，该APF控制模块通过断路器、交流接触器、交流接触器、限流电阻、滤波电感、电子互感器连接在三相交流电路上。

而且，所述APF控制模块包括主控制器、一个从控制器、三个协处理器，主控制器通过总线分别与从处理器、三个协处理器相连接，从控制器与人机界面模块、通讯接口模块及功率变换系统通讯模块相连接,该功率变换系统通讯模块与功率变换功能系统相连接，主控制器分别与隔离驱动电路和JTAG接口模块相连接，三个协处理器的输入端通过A/D模块连接到信号调理电路，该信号调理电路的输入端与电子互感器采集的三相信号相连接，三个协处理器的两个CAP输入端分别与同步检测模块及锁相电路的输出端相连接，该同步检测模块与锁相电路相连接，三个协处理器的输出端输出PWM信号连接到PWM驱动电路上，该PWM驱动电路与IGBT电路相连接实现对IGBT电路的控制功能。

而且，所述的主控制器采用FPGA模块，所述的从控制器采用RISC模块，所述的协处理器采用DSP模块。

而且，所述的功率变换功能系统包括DC/DC多谐波功率变化模块、EMI滤波电路、整流滤波电路、输出滤波电路、多谐波控制回路、APF功能系统通讯模块、输出滤波电路、反馈采样电路、过压及过流保护电路和过温保护电路，EMI滤波电路、整流滤波电路、DC/DC多谐波功率变化模块和输出滤波电路依次相连接，该DC/DC多谐波功率变化模块还与多谐波控制回路相连接，该输出滤波电路输出直流电流并通过反馈采样电路、过压及过流保护电路与多谐波控制回路相连接，该多谐波控制回路和APF功能系统通讯模块相连接实现与APF功能系统的通讯功能，多谐波控制回路还与过温保护电路相连接实现过温保护功能。

而且，所述的DC/DC多谐波功率变化模块由高频谐振逆变桥、高频隔离变压器和高频整流电路连接构成。

而且，所述的多谐波控制回路由RISC及其外围电路连接构成。

本实用新型的优点和积极效果是：

1、本实用新型将APF功能控制系统和功率变换功能系统有机地结合在一起并集成到充电机内部，功率变换功能系统采用谐振电压型控制功率变换技术，使得充电机产生的谐波电流降到了一定程度，提高了充电机的性能，同时也不会对电网电能质量造成影响。

2、本实用新型将APF功能控制系统和功率变换功能系统集成在一起，减少了设备之间的接线数量，保证了设备稳定可靠地运行，并且便于使用和维护。

3、本实用新型采用多处理器协同工作，对于谐波干扰检测快速、准确，始终保持高效补偿谐波电流，从而提高整机工作效率，并实现了四遥功能。

附图说明

图1为本实用新型的连接示意图；

图2为APF控制模块的电路方框图；

图3为功率变换功能系统的电路方框图；

图4为DC/DC多谐波功率变化模块的电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型做进一步详述。

一种具有APF功能的非车载传导式直流电动汽车充电机，如图1所示，包括APF功能系统和功率变换功能系统，APF功能系统与功率变换功能系统相连接实现对功率变换进行控制。所述的APF功能系统包括APF控制模块、断路器QF、交流接触器KM1、交流接触器KM2、限流电阻R、滤波电感L、电子互感器TA，APF控制模块通过断路器QF、交流接触器KM1、交流接触器KM2、限流电阻R1、滤波电感L1、电子互感器TA连接在三相交流电路上。

如图2所示，APF控制模块包括主控制器FPGA、一个从控制器RISC、三个协处理器DSP、人机界面模块、通讯接口模块、功率变换系统通讯模块、隔离驱动电路、JTAG接口模块、信号调整电路、A/D模块、同步检测模块、锁相电路、PWM驱动电路以及IGBT电路。主控制器FPGA通过总线分别与从处理器RISC、三个协处理器DSP相连接，从控制器RISC与人机界面模块、通讯接口模块及功率变换系统通讯模块相连接,该通讯接口模块能够实现遥控(开/关机、紧急停机)、遥信(工作状态、过压、欠压、过流、频率)、遥测(输出电压、电流、功率)和遥调(设定充电机APF功能的补偿谐波次数)等功能，功率变换系统通讯模块与功率变换功能系统相连接，实现APF控制功能；FPGA分别与隔离驱动电路和JTAG接口模块相连接，该隔离驱动电路的输入端与数字信号相连接；三个DSP的输入端通过A/D模块连接到信号调理电路，该信号调理电路的输入端与电子互感器采集的三相信号相连接，三个DSP的两个CAP输入端分别与同步检测模块及锁相电路的输出端相连接，该同步检测模块与锁相电路相连接，三个DSP的输出端输出PWM信号连接到PWM驱动电路上，该PWM驱动电路与IGBT电路相连接实现对IGBT电路的控制功能。在本APF控制模块中，FPGA控制3个DSP同时启动数据采样、同步处理数据、控制逆变电流、产生PWM时序等任务。RISC与FPGA交互数据，主要完成人机界面、远程通讯功能以及对功率变换系统的控制功能。每个DSP承担一相谐波电流的检测任务，并将检测结果发送给FPGA处理，使用多DSP并联工作的系统。

APF控制模块为了准确地获得负载电流谐波信号,进而产生补偿信号以抵消充电机产生的谐波,达到谐波补偿的目的，APF控制模块采用瞬时无功算法，实现了精度高、,实时性好、动态响应速度快，完全满足补偿充电机所产生谐波的要求。

如图3所示，所述的功率变换功能系统包括DC/DC多谐波功率变化模块、EMI滤波电路、整流滤波电路、输出滤波电路、多谐波控制回路、APF功能系统通讯模块、输出滤波电路、反馈采样电路、过压及过流保护电路和过温保护电路，EMI滤波电路、整流滤波电路、DC/DC多谐波功率变化模块和输出滤波电路依次相连接，该DC/DC多谐波功率变化模块还与多谐波控制回路相连接，该输出滤波电路输出直流电流并通过反馈采样电路、过压及过流保护电路与多谐波控制回路相连接，该多谐波控制回路和APF功能系统通讯模块相连接实现与APF功能系统的通讯功能，同时，多谐波控制回路还与过温保护电路相连接实现过温保护功能。

如图4所示，所述的DC/DC多谐波功率变化模块采用电压谐振软开关技术，包括高频谐振逆变桥、高频隔离变压器和高频整流电路，其中，CD1～CD4、CD68-CD71、CD33、CD34为输入电容，给高频谐振逆变桥供电，同时也给高频谐振逆变桥提供高频交流电流通路。谐振电容C1-C9(9只并联)选用CBB高频电容和谐振电感L2、主变压器B3初级绕组一起构成谐振回路，在回路中形成的高频交流电流向负载提供能量。高频逆变桥、高频隔离变压器、高频整流组成谐振式DC/DC变换器，工作于PFM方式，采用“谐振电压型双环控制”，具有即时控制、前馈补偿功能，同时又具有谐振式电路高效率、高可靠性、低干扰的显著优势，平滑滤波后输出稳定的直流电。因此采用DC/DC多谐振功率变换技术是将APF功能集成到充电机的基础和保证。

多谐波控制回路由RISC及其外围电路连接构成，其采用负责控制DC/DC多谐振功率变换，并将功率变换的各种信息通过数据总线传送给APF的单元的RISC，同时也接收来自APF单元的RISC的各种数据和指令，来对功率变换进行调控。

本实用新型采用2RISC+3DSP+FPGA控制模式的多CPU控制系统，其中APF功能控制系统使用1个RISC、3个DSP和1个FPGA模块，功率变换功能系统采用1个RISC模块。使用多CPU并联工作的系统，主要有以下三个优点：(1)可以成倍提高计算速度，即成倍提高谐波补偿速度；(2)CPU数量增加可以使用的软件算法的数据量更大；(3)可以轻松实现四遥功能。

本实用新型的功率变换单元和APF单元均多电平逆变器逆变技术，电平逆变器逆变技术是指用半导体开关器件的开通和关断把直流电压变成一系列的电压脉冲序列，以实现多电平逆变器的变压、变频，并控制和消除谐波的电子技术。多电平逆变器PWM技术主要对两方面目标进行控制:一为输出电压的控制，即逆变器输出脉冲序列在伏秒级别上与参考波形等效；二为逆变器本身运行状态控制，包括直流电容电压的平衡控制、所有功率开关的输出功率平衡控制、输出谐波控制、器件开关损耗控制等。采用多电平逆变技术具有以下优点：(1)电平数越多，输出电压谐波的含量越少；(2)逆变器电平数易扩展,电压合成方面，开关状态选择具有较大的灵活性；(3)可通过在同一个电平上不同开关组合，使直流侧电容电压保持平衡。

需要强调的是，本实用新型所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本实用新型包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。

Claims (5)

1.一种具有APF功能的非车载传导式直流电动汽车充电机，其特征在于：包括APF功能系统和功率变换功能系统，APF功能系统与功率变换功能系统相连接实现功率变换控制功能；所述的APF功能系统包括APF控制模块，该APF控制模块通过断路器、交流接触器、交流接触器、限流电阻、滤波电感、电子互感器连接在三相交流电路上； 

所述APF控制模块包括主控制器、一个从控制器、三个协处理器，主控制器通过总线分别与从处理器、三个协处理器相连接，从控制器与人机界面模块、通讯接口模块及功率变换系统通讯模块相连接,该功率变换系统通讯模块与功率变换功能系统相连接，主控制器分别与隔离驱动电路和JTAG接口模块相连接，三个协处理器的输入端通过A/D模块连接到信号调理电路，该信号调理电路的输入端与电子互感器采集的三相信号相连接，三个协处理器的两个CAP输入端分别与同步检测模块及锁相电路的输出端相连接，该同步检测模块与锁相电路相连接，三个协处理器的输出端输出PWM信号连接到PWM驱动电路上，该PWM驱动电路与IGBT电路相连接实现对IGBT电路的控制功能。 

2.根据权利要求1所述的具有APF功能的非车载传导式直流电动汽车充电机，其特征在于：所述的主控制器采用FPGA模块，所述的从控制器采用RISC模块，所述的协处理器采用DSP模块。 

3.根据权利要求1所述的具有APF功能的非车载传导式直流电动汽车充电机，其特征在于：所述的功率变换功能系统包括DC/DC多谐波功率变化模块、EMI滤波电路、整流滤波电路、输出滤波电路、多谐波控制回路、APF功能系统通讯模块、输出滤波电路、反馈采样电路、过压及过流保护电路和过温保护电路，EMI滤波电路、整流滤波电路、DC/DC多谐波功率变化模块和输出滤波电路依次相连接，该DC/DC多谐波功率变化模块还与多谐波控制回路相连接，该输出滤波电路输出直流电流并通过反馈采样电路、过压及过流保护电路与多谐波控制回路相连接，该多谐波控制回路和APF功能系统通讯模块相连接实现与APF功能系统的通讯功能，多谐波控制回路还与过温保护电路相连接实现过温保护功能。 

4.根据权利要求3所述的具有APF功能的非车载传导式直流电动汽车充电机，其特征在于：所述的DC/DC多谐波功率变化模块由高频谐振逆变桥、高频隔离变压器和高频整流电路连接构成。 

5.根据权利要求3所述的具有APF功能的非车载传导式直流电动汽车充电机，其特征在于：所述的多谐波控制回路由RISC及其外围电路连接构成。