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组合混联式充电电源及其功率均分策略研究

为适应大容量和模块化充电电源发展的需求,提出一种基于串并混联结构的充电电源,它由4个改进的移相全桥电路模块构成。该充电电源采用先恒流恒压的两段式充电方法,控制器则采用电流环和电压环并联切换的结构,同时引入一种外环控制加平均电流的功率均分策略,并根据频域分析法设计了均流和均压控制器。最后,设计了一套2并2串的实验样机。实验结果表明,采用该充电电路拓扑和控制策略,输出电流和电压的不均衡度均小于5%,很好地验证了分析及设计的正确性。

1引言
 
开关电源系统采用串并混联结构,具有可靠性高,冗余配置,模块特性好等特点,便于系统管理和维护。但混联结构的电源模块之间需采取均流、均压措施,以保证输出电流和电压在各模块之间均衡分配。均流技术分为下垂法和有源均流法,有无均流母线是两者的根本区别下垂法仅适合小功率应用。而有源均流策略实际上包含控制方法和均流母线的形成方法。控制方法有外环控制(OLR)、内环控制和双环控制;均流母线的形成方法包括平均电流(BAP)法和主从(MS)法。其中MS法包括指定主模块法和自动选主法。在此设计的充电电源系统采用改进的移相全桥变换器及OLR+BAP法的功率均分策略,有效解决了电源模块的功率均分问题。

2串并混联式充电电源拓扑
 
介绍四模块串并混联结构。先将模块1~4分别串联,然后再将两串支路并联组成四模块的混联结构。
 

单模块电路,其主电路在传统移相全桥ZVS变换器的变压器初级加了两个箝位二极管VD7和VD8,可有效抑制变压器次级整流二极管的高频振荡,减小电压反向恢复尖峰。
 

3外环控制加平均电流功率均分策略
3.1均流策略
 
采用OLR+BAP法的功率均分策略,其控制电路如图3所示。当UI=Ub时,R两端电压Uab=0,则Uc=0,实现均流。当有均流误差时,U1≠Ub.Uab≠0,则均流调节器输出Uc≠0,其通过控制电压误差放大器控制功率级的输出电流,最终实现均流。
 

3.2控制器的设计
 
主电路参数为:输入电压Uin=520 V,输出电压Uo=80 V,变压器初、次级匝比n=7:7:24,谐振电感Lr=20μH,输出滤波电感Lf=100μH输出滤波电容G=30μF,开关频率fs=50 kHz,电压采样系数Fv=0.037 5,电流采样系数Fi=0.087 5. 3.2.1电压环的设计在设计电压环时,不考虑均流环对电压环的影响,只要均流环的截止频率远离电压环的截止频率,均流环对电压环的影响很小,就可将其影响忽略。

                                                                                                                         本文摘自于中国充电器网

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