[发明专利]一种分段线性电容器恒流充电电源

说明书

技术领域

本发明属于高压电容充电技术领域，具体为一种分段线性电容器恒流充电电源。

背景技术

传统能源系统一般以电容器作为核心储能装置，因此对电容器充电电源的研究具有重要的价值和意义。

目前，串联谐振电容器充电电源，简称串联谐振CCPS，因其具有抗负载短路能力强、输出电流恒定的优点，在高压电容充电领域得到了广泛的应用。在高重复频率充电场合，串联谐振CCPS常常采用欠谐振工作方式，工作于欠谐振方式下的串联谐振CCPS具有易于实现零电流开通关断、平均充电电流恒定的特点，可以有效的减少开关损耗和电磁干扰，特别适用于高重复频率充电场合。但是，这种电源大多采用开环的方式直接充电，充电电流的速率无法得到控制。特别地，在大电流充电时，由于充电速率特别快，会造成充电电压过冲，导致能源系统的达值精度降低，甚至损坏能源系统。

发明内容

本发明为了解决现有电容器充电电源在快速充电时精度不高和过充的问题，提供一种分段线性电容器恒流充电电源。

技术方案如下：

一种分段线性电容器恒流充电电源，包括原边全桥串联谐振模块、副边整流模块、测量采样模块、双闭环控制模块、控制器和驱动模块；所述原边全桥串联谐振模块由第一功率开关管S1、第二功率开关管S2、第三功率开关管S3、第四功率开关管S4、谐振电感L_r、谐振电容C_r组成；所述副边整流模块由第一整流二极管D1、第二整流二极管D2、第三整流二极管D3、第四整流二极管D4、储能电容器C_q组成；所述测量采样模块由用于采样电流的霍尔电流环Rwsi和用于采样电压的第一分压电阻器R1、第二分压电阻器R2组成，霍尔电流环串联在原边全桥串联谐振模块的谐振电路中；第一分压电阻器R1、第二分压电阻器R2串联后并联于副边整流模块的储能电容器C_q两端；所述双闭环控制模块连接测量采样模块和控制器，采用电压和电流双闭环反馈方式，用于将测量采样模块采集的采样电流、采样电压送入控制器；所述控制器连接双闭环控制模块和驱动模块，用于将电源充电划分为快速充电区域和软充电区域，控制死区时间产生驱动信号及开机充电关机停充操作；所述驱动模块连接控制器和原边全桥串联谐振模块，用于将控制器产生的驱动信号放大并传送至原边全桥串联谐振模块。

所述双闭环控制模块还包括用于产生达值信号的电压比较器，电压比较器输出端与控制器相连，输入端连接至第一分压电阻R1和第二分压电阻R2串联的中间，电压比较器的输入端还连接有电源充电参考电压U_ref。

所述控制器还用于将软充电区域划分成n段，n大于1。

一种分段线性电容器恒流充电电路，包括由4个功率开关管S1～S4及4个二极管D5～D8组成的全桥逆变电路，LC谐振电路，变压器T，由4个二极管D1～D4组成的全桥整流电路，储能电容器C_q，由霍尔电流环Rwsi，第一分压电阻器R1、第二分压电阻器R2和电压比较器组成的反馈电路及由控制器和驱动器组成的控制电路，直流电源正极接全桥逆变电路第一功率开关管S1、第二功率开关管S2漏极，直流电源负极接全桥逆变电路第三功率开关管S3、第四功率开关管S4的源极；第一功率开关管S1的源极接第三功率开关管S3的漏极、第二功率开关管S2的源极接第四功率开关管S4的漏极；第一至第四二极管D5～D8分别反并联在第一至第四功率开关管S1～S4的漏极和源极上；第一功率开关管S1的源极依次连接谐振电感L_r、变压器T原边线圈、谐振电容C_r后连接至第二功率开关管S2的源极；反馈电路中的霍尔电流环Rwsi串联在谐振电路中，霍尔电流环Rwsi的输出端连接至控制电路的控制器中；变压器T的副边接全桥整流电路的交流输入端，全桥整流电路的直流输出端接储能电容器C_q的两端，反馈电路的第一分压电阻器R1、第二分压电阻器R2串联后并联在储能电容器C_q的两端；第一分压电阻器R1、第二分压电阻器R2之间引出接线连接至电压比较器的一个输入端，电压比较器的另一个输入端接电源充电参考电压U_ref，电压比较器的输出端接入控制电路的控制器中，控制电路的控制器连接驱动器使用总线输出四路控制电路分别连接至第一至第四功率开关管S1～S4的栅极。

所述全桥逆变电路中的第一至第四功率开关管S1～S4为N沟道增强型场效应管。

所述控制电路中的驱动器的驱动芯片型号为IR2112。