專利名稱：恒流恒壓調節器及使用該恒流恒壓調節器的充電器的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種恒流恒壓調節器，尤其涉及一種使用該恒流恒壓調節器的恒流恒壓充電器。
2、充電器限功率運行，其基本原理是限制充電器輸入功率，從而限制充電器輸出功率，間接限制電池的充電電流。這種方式從本質上講，僅是一種限流方式，因而恒流精度差。同時電流控制方式為峰值控制方式，需要克服高次諧波振蕩的缺陷，同時峰值檢測對噪聲比較敏感。
發明內容
本發明的目的就是為了解決以上問題，提供一種恒流恒壓調節器及使用該恒流恒壓調節器的充電器，減少輸出振蕩的缺陷。
為實現上述目的，本發明提出的恒流恒壓調節器及使用該恒流恒壓調節器的充電器包括電流調節器(IBATT_reg)、電壓調節器(VBATT_reg)和脈寬調制電路(PWM)，恒流輸出目標值(IBATT_ref)和實際電流值(IBATT)作為電流調節器(IBATT_reg)的輸入信號，參考電壓值(VBATT_ref)和實際輸出電壓(VBATT)作為電壓調節器(VBATT_reg)的輸入信號，電壓調節器(VBATT_reg)的輸出信號直接或間接接至脈寬調制電路，其特征是所述的電流調節器(IBATT_reg)與電壓調節器(VBATT_reg)相串聯，電流調節器(IBATT_reg)的輸出值作為改變電壓調節器(VBATT_reg)的輸出目標值的設定依據。
由于采用了以上的方案，所述電流調節器的輸出作為改變電壓調節器設定值的依據，通過調節充電器輸出電壓間接控制充電電流，從而避免由于邏輯電路切換造成的振蕩，又實現恒流恒壓控制。
具體實施例方式
下面通過具體的實施例并結合附圖
對本發明作進一步詳細的描述。
如圖3所示為本發明恒壓恒流調節器的核心控制框圖，實施例中以恒壓恒流調節器在電池充電器中的應用為例進行說明。恒流恒壓調節器包括電流調節器IBATT_reg、電壓調節器VBATT_reg和脈寬調制電路PWM，所述的電流調節器IBATT_reg與電壓調節器VBATT_reg相串聯后，經其它控制環節(即間接)與脈寬調制電路PWM相連。當然也可直接與脈寬調制電路相連。恒流輸出目標值IBATT_ref和實際電流值IBATT作為電流調節器IBATT_reg的輸入信號，所述的實際電流值IBATT為檢測的平均電池充電電流值，即所述的電流調節器為一個平均電池電流控制器。充電器參考電壓值VBATT_ref和實際充電器輸出電壓VBATT作為電壓調節器VBATT_reg的輸入信號，電流調節器IBATT_reg的輸出值作為改變電壓調節器VBATT_reg的輸出目標值的設定依據。
如圖4所示為本發明恒流恒壓調節器具體實施例的控制框圖，該恒流恒壓調節器包括電流調節器IBATT_reg、電壓調節器VBATT_reg、限幅電路和功率因數校正電路，電流調節器IBATT_reg的輸出端經限幅電路接至電壓調節器VBATT_reg的輸入端；其輸出值或該值與充電電壓目標值(VBATT_obj)的和作為電壓調節器VBATT_reg的參考電壓值VBATT_ref。另外，還包括限幅電路，限幅電路串聯于電流調節器(IBATT_reg)與電壓調節器(VBATT_reg)之間，限幅電路是防止充電器輸出電壓過高，因此只需對參考電壓值(VBATT_ref)的最高值進行限制即可。電流調節器IBATT_reg為非線性調節器，其控制模式為繼電器模式，電壓調節器VBATT_reg為PI(比例積分)調節器。
功率因數校正電路包括電流坐標變換器3s/2R、電流鎖相電路PLL、電流解耦變換電路LW、有功電流調節器id_reg和無功電流調節器iq_reg。電流鎖相電路PLL為輸入電壓uA、uB、uC從靜止坐標系到旋轉坐標系的坐標變換及輸入電流的鎖相。電流坐標變換器3s/2R的輸入端接三相交流輸入電流iA、iB、iC，電流鎖相電路PLL輸出的相角作為電流坐標變換器3s/2R的變換角；電流坐標變換器(3S/2R)的有功分量和無功分量的輸出端分別接至電流解耦變換電路(LW)，電流坐標變換器的輸出電流有功分量(id)與電壓調節器(VBATT_reg)的輸出信號的差作為有功功率調節器(id_reg)的輸入信號，電流坐標變換器(3S/2R)的輸出電流無功分量(iq)與輸入電流無功分量目標信號(iq_ref)的差作為無功功率調節器的輸入信號；電流鎖相電路(PLL)的輸入端接三相交流輸入電壓(uA、uB、uC)，其輸出的有功電壓分量(ud)分別與有功功率調節器(id_reg)的輸出信號和經解耦的無功分量的差作為所述的脈寬調制電路(PWM)的有功控制信號，電流鎖相電路(PLL)輸出的無功電壓分量(uq)分別與無功功率調節器的輸出信號和經解耦的有功分量的差作為所述的脈寬調制電路的無功控制信號。
如圖2所示是三相脈寬調制電路PWM整流器構成的充電器功率電路圖；圖6是三相脈寬調制電路PWM整流器的矢量圖；上述具體實施例的恒流恒壓調節器應用于該充電器的工作原理如下電感電壓矢量UL為輸入電壓矢量Ui與整流橋交流側電壓矢量Ur的矢量差，輸入電流有功分量id與輸入電流無功分量iq的矢量和為電感電流矢量Ii。控制整流橋交流側的電壓Ur，可以控制電感上電流Ii，電感電流分為兩個部分——有功部分id與無功部分iq，控制無功部分控制輸入的功率因數，控制有功部分控制充電器輸出電壓。充電器電壓調節器VBATT_reg負責提供有功電流的目標值，當充電器輸出電壓偏高時，降低有功電流的目標值，反之，升高有功電流的目標值。實際充電電流的大小受控于充電器輸出電壓，當實際充電電流比恒流輸出目標值IBATT_ref高時，降低充電器參考電壓值VBATT_ref，反之當實際充電電流比恒流輸出目標值IBATT_ref低時，升高充電器參考電壓值VBATT_ref，從而將實際充電電流維持在目標值。若電池未掛接或電池充飽時，充電器參考電壓值VBATT_ref需做上限幅處理，最高為浮充電壓目標值。
如圖4和圖6所示，輸入有功電流調節器id_reg的有功電流方向和輸入電壓矢量方向相同，該調節器根據充電器輸出電壓的需要，控制輸入有功電流的大小。控制輸入無功電流的大小，可以改變輸入電流iA、iB、iC和輸入電壓uA、uB、uC的相位，從而控制輸入側的功率因素，實際系統中，希望輸入電流和輸入電壓同向，此時輸入功率因素＝1，因此，該調節器的目標值iq_ref設定為0。電流坐標變換器3s/2R為輸入電流從靜止坐標系到旋轉坐標系的坐標變換3S/2R，為控制上的方便，將檢測到的三相輸入電流iA、iB、iC經坐標變換，轉換為輸入電流iA、iB、iC的有功分量id和無功分量iq。其變換關系為id＝cos(wt)×iA+cos(wt-120°)×iB+cos(wt+120°)×iCiq＝-sin(wt)×iA-sin(wt-120°)×iB-sin(wt+120°)×iC電流鎖相電路PLL為輸入電壓uA、uB、uC從靜止坐標系到旋轉坐標系的坐標變換及輸入電流的鎖相PLL。借用電機控制的相關理論，將輸入電壓uA、uB、uC轉換、電流從三相靜止坐標系轉換到兩相旋轉坐標系(dq坐標系)后，三相交流量的控制可以轉換為兩相直流量的控制，為分析和控制上的方便，將旋轉坐標系的d軸定向于輸入電壓矢量上，因此，輸入電壓的有功分量大小和輸入電壓矢量模長相等，輸入電流無功分量目標值(iq-ref)取0，即ud＝UiUq＝0Ui由PARK變換給出ua＝(2uA-uB-uC)÷3，uβ=(uA-uC)÷3]]>wt為A相電壓的相位，用于輸入電流的坐標變換。有功分量id及A相電壓相位的計算如下ui=ua2+uβ2]]>wt＝arccos(ua÷ui)wt角根據象限折算PWM整流器在旋轉坐標系的控制模型中，有功電流分量和無功電流分量相互影響，即有耦合。其耦合量大小為LWiq和Lwid，為實現兩者的獨立控制，引入電流解耦變換電路LW，用于解耦。
如圖5所示是本發明恒流恒壓調節器的另一具體實施例的控制框圖，恒流恒壓調節器包括電流調節器IBATT_reg、電壓調節器VBATT_reg、切換邏輯和脈寬調制電路PWM，電流調節器IBATT_reg和電壓調節器VBATT_reg均為線性調節器，電流調節器IBATT_reg經切換邏輯與電壓調節器VBATT_reg串聯，電壓調節器VBATT_reg的輸出端接至脈寬調制電路PWM。恒流輸出目標值IBATT_ref和實際電流值IBATT作為電流調節器IBATT_reg的輸入信號，電流調節器IBATT_reg的輸出值作為電壓調節器VBATT_reg參考的變化量ΔVBATT_ref，它與充電電壓目標值VBATT-obj的和作為電壓調節器VBATT_reg的參考電壓值VBATT_ref，參考電壓值VBATT_ref和實際充電器輸出電壓VBATT作為電壓調節器VBATT_reg的輸入信號。切換邏輯如下電池電流調節器IBATT_reg默認為斷開狀態，當實際的充電電流比恒流輸出目標值IBATT_ref高時，電池電流調節器IBATT_reg接入，電池均衡充電，此時，電池電流維持在恒流輸出目標值IBATT_ref。當充電器輸出電壓接近均充電壓目標值以后，斷開電池電流調節器IBATT_reg，電池恒壓充電；若電池電流大于恒流輸出目標值IBATT_ref，再次閉合電池電流調節器IBATT_reg；若電池未接入，電池電流調節器IBATT_reg為斷開狀態。電池電流調節器IBATT_reg的接通與關閉的過程，改變的是電壓調節器VBATT_reg的目標值VBATT_ref，可以逐步過渡，而不會引起輸出的振蕩。
本發明的恒流恒壓調節器由于具有恒流恒壓調節特性，因此也可用于其它的直流穩定電源，而不僅僅局限于充電器的應用。
權利要求
1.一種恒流恒壓調節器，用以調節直流穩定電源的輸出電壓和電流，包括電流調節器(IBATT_reg)、電壓調節器(VBATT_reg)和脈寬調制電路(PWM)，恒流輸出目標值(IBATT_ref)和實際電流值(IBATT)作為電流調節器(IBATT_reg)的輸入信號，參考電壓值(VBATT_ref)和實際輸出電壓(VBATT)作為電壓調節器(VBATT_reg)的輸入信號，電壓調節器(VBATT_reg)的輸出信號直接或間接接至脈寬調制電路，其特征是所述的電流調節器(IBATT_reg)與電壓調節器(VBATT_reg)相串聯，電流調節器(IBATT_reg)的輸出值作為改變電壓調節器(VBATT_reg)的輸出目標值的設定依據。
2.如權利要求1所述的恒流恒壓調節器，其特征是所述的實際電流值(IBATT)為檢測的直流穩定電源輸出的平均電流值。
3.如權利要求1或2所述的恒流恒壓調節器，其特征是電流調節器(IBATT_reg)的輸出值作為電壓調節器(VBATT_reg)的電壓參考變化量(ΔVBATT_ref)，它與電壓目標值(VBATT_obj)的和作為電壓調節器(VBATT_reg)的參考電壓值(VBATT_ref)。
4.如權利要求1或2所述的恒流恒壓調節器，其特征是所述的恒流恒壓調節器還包括限幅電路，所述的限幅電路串聯于電流調節器(IBATT_reg)與電壓調節器(VBATT_reg)之間，所述的電流調節器(IBATT_reg)為非線性調節器，其控制模式為繼電器模式。
5.如權利要求1或2所述的恒流恒壓調節器，其特征是所述的恒流恒壓調節器還包括功率因數校正電路，該功率因數校正電路包括電流坐標變換器(3S/2R)、電流鎖相電路(PLL)、電流解耦變換電路(LW)、有功電流調節器(id_reg)和無功電流調節器(iq_reg)；電流坐標變換器(3S/2R)的輸入端接三相交流輸入電流(iA、iB、iC)；電流鎖相電路(PLL)輸出的相角作為電流坐標變換器(3s/2R)的變換角，電流坐標變換器(3S/2R)的有功分量和無功分量的輸出端分別接至電流解耦變換電路(LW)，電流坐標變換器的輸出電流有功分量(id)與電壓調節器(VBATT_reg)的輸出信號的差作為有功功率調節器(id_reg)的輸入信號，電流坐標變換器(3S/2R)的輸出電流無功分量(iq)與輸入電流無功分量目標信號(iq_ref)的差作為無功功率調節器的輸入信號；電流鎖相電路(PLL)的輸入端接三相交流輸入電壓(uA、uB、uC)，其輸出的有功電壓分量(ud)分別與有功功率調節器(id_reg)的輸出信號和經解耦的無功分量的差作為所述的脈寬調制電路(PWM)的有功控制信號，電流鎖相電路(PLL)輸出的無功電壓分量(uq)分別與無功功率調節器的輸出信號和經解耦的有功分量的差作為所述的脈寬調制電路的無功控制信號。
6.一種使用如權利要求1所述的恒流恒壓調節器的充電器，包括電流調節器(IBATT_reg)、電壓調節器(VBATT_reg)和脈寬調制電路(PWM)，用以調節充電器的輸出電壓和電流，恒流輸出目標值(IBATT_ref)和實際電流值(IBATT)作為電流調節器(IBATT_reg)的輸入信號，參考電壓值(VBATT_ref)和實際輸出電壓(VBATT)作為電壓調節器(VBATT_reg)的輸入信號，電壓調節器(VBATT_reg)的輸出信號直接或間接接至脈寬調制電路，其特征是所述的電流調節器(IBATT_reg)與電壓調節器(VBATT_reg)相串聯，電流調節器(IBATT_reg)的輸出值作為改變電壓調節器(VBATT_reg)的輸出目標值的設定依據。
7.如權利要求6所述的充電器，其特征是所述的實際電流值(IBATT)為檢測的直流穩定電源輸出的平均電流值，電流調節器(IBATT_reg)的輸出值作為電壓調節器(VBATT_reg)的電壓參考變化量(ΔVBATT_ref)，它與直流穩定電源的輸出電壓目標值(VBATT_obj)的和作為電壓調節器的參考電壓值(VBATT_ref)。
8.如權利要求6或7所述的恒流恒壓充電器，其特征是所述的恒流恒壓調節器還包括限幅電路，所述的限幅電路串聯于電流調節器(IBATT_reg)與電壓調節器(VBATT_reg)之間，所述的電流調節器(IBATT_reg)為非線性調節器，其控制模式為繼電器模式。
9.如權利要求6所述的恒流恒壓充電器，其特征是還包括切換邏輯，所述的電流調節器為線性調節器，電流調節器(IBATT_reg)通過切換邏輯與電壓調節器(VBATT_reg)相連，所述的實際電流值(IBATT)為檢測的直流穩定電源輸出的平均電流值，電流調節器(IBATT_reg)的輸出值作為電壓調節器(VBATT_reg)的電壓參考變化量(ΔVBATT_ref)，它與充電電壓目標值(VBATT_obj)的和作為電壓調節器(VBATT_reg)的參考電壓值(VBATT_ref)；所述的切換邏輯如下當該恒流恒壓調節器所調節的直流穩定電源的輸出電流比恒流輸出目標值(IBATT_ref)高時，接通電流調節器(IBATT_reg)，使輸出電流維持在恒流輸出目標值(IBATT_ref)；當該直流穩定電源的輸出電壓接近均充電壓目標值以后，斷開電流調節器(IBATT_reg)；當所調節的直流穩定電源為初次上電時，電流調節器(IBATT_reg)斷開。
全文摘要
本發明提出一種恒流恒壓調節器及使用該恒流恒壓調節器的充電器,調節器包括電流調節器、電壓調節器和脈寬調制電路,恒流輸出目標值和實際電流值作為電流調節器的輸入信號,參考電壓值和實際輸出電壓作為電壓調節器的輸入信號,電壓調節器的輸出信號直接或間接接至脈寬調制電路,其特征是:所述的電流調節器與電壓調節器相串聯,電流調節器的輸出值作為改變電壓調節器的輸出目標值的設定依據。通過調節充電器輸出電壓間接控制充電電流,從而避免由于邏輯電路切換造成的振蕩,又實現恒流恒壓控制。
文檔編號G05F1/46GK1372177SQ0211501
公開日2002年10月2日 申請日期2002年3月28日 優先權日2002年3月28日
發明者楊志洵, 劉平, 萬和平 申請人:艾默生網絡能源有限公司