一種對(duì)高壓電容器充電限功率及充電保持控制方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種對(duì)高壓電容器充電限功率及充電保持控制方法，所述方法包括：(1)在電容器電壓未達(dá)到設(shè)置電壓Vset時(shí)，采用PFM控制方式，并逐級(jí)改變充電電流的大小，在滿(mǎn)足大功率快速充電速率要求的前提下，減小對(duì)前級(jí)供電系統(tǒng)的功率需求；(2)在電容器電壓達(dá)到設(shè)置電壓Vset時(shí)，切換到PWM控制方式，提供小功率充電保持，補(bǔ)償電容器電壓的泄漏。本發(fā)明方法在快速充電階段，通過(guò)分階段恒流充電滿(mǎn)足了前級(jí)供電系統(tǒng)功率限制的要求；在充電保持階段，通過(guò)PWM硬開(kāi)關(guān)方式，提供了窄脈沖充電電流，實(shí)現(xiàn)了高精度充電保持。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種對(duì)高壓電容器充電限功率及充電保持控制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于電力電子【技術(shù)領(lǐng)域】，更具體地，涉及一種對(duì)高壓電容器充電的限功率 及充電保持控制方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 脈沖功率技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用范圍，已由最初的科研和軍事領(lǐng)域擴(kuò)展到教育、醫(yī) 療、工業(yè)、民用等多個(gè)領(lǐng)域，而且隨著各領(lǐng)域研究的深入，對(duì)脈沖功率設(shè)備的需求更大。脈沖 功率領(lǐng)域最為常用的初級(jí)儲(chǔ)能環(huán)節(jié)就是高壓電容器儲(chǔ)能，因此高壓電容器充電電源是脈沖 功率設(shè)備中的極其重要的組成部分。
[0003] 有三種高壓電容器充電技術(shù)目前比較成熟，即帶限流電阻器的高壓直流源充電， 工頻L-C諧振充電，高頻變換器充電。前面兩種充電技術(shù)由于效率低下、功率密度不高、充 電精度差、無(wú)法工作在更新模式等諸多缺點(diǎn)而逐漸被采用高頻變換器充電的技術(shù)所取代。
[0004] 在高頻變換器充電中，串聯(lián)諧振變換器充電由于其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，具有恒流、 恒特征阻抗、恒諧振頻率（即使負(fù)載電容在比較大的范圍內(nèi)變化）等優(yōu)點(diǎn)而成為充電領(lǐng)域 中最為常用的充電技術(shù)。當(dāng)選擇串聯(lián)諧振變換器的工作模式為斷續(xù)模式，即開(kāi)關(guān)頻率小于 0. 5倍的諧振頻率時(shí)，變換器具有恒流源的輸出特性。輸出電流與開(kāi)關(guān)頻率成正比，開(kāi)關(guān)管 能夠?qū)崿F(xiàn)零電流關(guān)斷，而且斷續(xù)下變換器的相關(guān)參數(shù)也是非常容易設(shè)計(jì)的。雖然基本的串 聯(lián)諧振充電具有諸多的優(yōu)點(diǎn)，但該充電方式仍然存在許多缺陷：
[0005] (1)對(duì)傳統(tǒng)的恒流充電方式而言，其輸入功率隨著充電電壓的升高而增加，不能適 應(yīng)前級(jí)供電系統(tǒng)限制輸出功率的要求。
[0006] (2)對(duì)整個(gè)脈沖功率系統(tǒng)而言，充電完成到觸發(fā)放電之間往往存在著一個(gè)時(shí)間間 隔，由于儲(chǔ)能電容器自身特性的影響，其存在著電壓泄漏，在充電電壓達(dá)到設(shè)定值之后，傳 統(tǒng)的恒流充電無(wú)法進(jìn)行小功率的充電以補(bǔ)充電容器的漏電，因而無(wú)法保證在觸發(fā)放電瞬間 電容器的電壓等于設(shè)置電壓。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是現(xiàn)有串聯(lián)諧振電容器充電技術(shù)中存在的缺陷，包括 控制恒流充電時(shí)無(wú)法滿(mǎn)足前級(jí)供電系統(tǒng)的功率限制要求、無(wú)法進(jìn)行小功率充電保持以補(bǔ)充 電容器的漏電。為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種同時(shí)具有滿(mǎn)足前級(jí)限功率要求的大功 率快速充電和微小功率充電保持功能的電容器充電方法。
[0008] 按照本發(fā)明，為了滿(mǎn)足前級(jí)限功率要求和實(shí)現(xiàn)微小功率充電保持，采用了脈沖頻 率調(diào)制（Pulse frequency modulation, PFM)軟開(kāi)關(guān)方式與脈沖寬度調(diào)制（Pulse width modulation，PWM)硬開(kāi)關(guān)方式相結(jié)合的充電控制方案。具體的控制方法為：
[0009] (1)在電容器電壓未達(dá)到設(shè)置電壓Vset時(shí)，采用PFM制方式，并逐級(jí)改變充電電流 的大小，在滿(mǎn)足大功率快速充電速率要求的前提下，減小對(duì)前級(jí)供電系統(tǒng)的功率需求；
[0010] ⑵在電容器電壓達(dá)到設(shè)置電壓Vsrt時(shí)，切換到PWM控制方式，提供小功率充電保 持，補(bǔ)償電容器電壓的泄漏。
[0011] 本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，在上述步驟（1)中，由于充電電源的輸出電流只與開(kāi)關(guān) 頻率有關(guān)，而與充電電壓無(wú)關(guān)，所以充電電源具有恒流輸出特性，其輸出功率和輸入功率都 隨著充電電壓的升高而增加。為限制輸入功率，可將充電過(guò)程劃分為多個(gè)階段，采用分段恒 流的方式，逐級(jí)減小充電電流，其中階段的數(shù)量及各階段的設(shè)定電流可根據(jù)充電時(shí)間的要 求選取，且保證每個(gè)階段末期的功率不超過(guò)最大限定功率。
[0012] 具體地，所述充電時(shí)間滿(mǎn)足

【權(quán)利要求】
1. 一種對(duì)高壓電容器充電限功率及充電保持控制方法，其特征在于，所述方法包括： (1) 在電容器電壓未達(dá)到設(shè)置電壓vsrt時(shí)，采用PFM控制方式，并逐級(jí)改變充電電流的 大小，在滿(mǎn)足大功率快速充電速率要求的前提下，減小對(duì)前級(jí)供電系統(tǒng)的功率需求； (2) 在電容器電壓達(dá)到設(shè)置電壓Vsrt時(shí)，切換到PWM控制方式，提供小功率充電保持，補(bǔ) 償電容器電壓的泄漏。
2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（1)具體包括： 在電容器電壓未達(dá)到設(shè)置電壓時(shí)，將充電過(guò)程劃分為多個(gè)階段，采用分段恒流的方 式，逐級(jí)減小充電電流，其中階段的數(shù)量及各階段的設(shè)定電流可根據(jù)充電時(shí)間的要求選取， 且保證每個(gè)階段末期的功率不超過(guò)最大限定功率。
3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述充電時(shí)間需滿(mǎn)足
，其中，Td為要求達(dá)到的充電時(shí)間，η為階段數(shù)，C。為負(fù)載電容的電 容量，Α為第i個(gè)充電階段的最高電壓，％ = 0, Un = Vsrt，U為第i個(gè)充電階段的設(shè)定充 電電流；各階段末期的輸入功率均滿(mǎn)足
，其中Pmax是應(yīng)限制的 最大輸入功率，Pi為第i個(gè)充電階段末期的輸入功率，L為第i個(gè)充電階段末期的充電效 率。
4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟（1)具體包括： (11) 在充電的第一階段，即充電電壓從0V上升到0. 75Vset期間，通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率，控 制充電電流恒定為Ira ; (12) 在充電的第二階段，即充電電壓從0. 75Vset上升到0. 85Vset期間，通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻 率，控制充電電流恒定為U ; (13) 在充電的第三階段，即充電電壓從0. 85Vset上升到0. 9Vset期間，通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻 率，控制充電電流恒定為Ιω; (14) 在充電的第四階段，即充電電壓從0.9Vset上升到Vsrt期間，通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率，控 制充電電流恒定為I M ; 上述充電電流的大小關(guān)系為：IQ1>IQ2>IQ3>I Q4。
5. 如權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述步驟（2)具體包括：在電容 器電壓達(dá)到設(shè)置電壓時(shí)，切換到PWM控制方式，此時(shí)以電容器電壓為控制對(duì)象，通過(guò)調(diào)整開(kāi) 關(guān)管驅(qū)動(dòng)信號(hào)的脈寬使得串聯(lián)諧振電路工作在單脈波輸出模式，輸出窄脈沖充電電流，從 而補(bǔ)償電容器的電壓泄漏，實(shí)現(xiàn)高精度充電保持。
【文檔編號(hào)】H02M7/12GK104158411SQ201410388833
【公開(kāi)日】2014年11月19日 申請(qǐng)日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】林磊, 鐘和清, 鄧禹, 王俊 申請(qǐng)人:華中科技大學(xué)