雙向電源主電路及充電的制造方法
【專利摘要】本實用新型提供一種雙向電源主電路及充電機，所述雙向電源主電路包括一用于連接交流電網(wǎng)的整流逆變電路，所述整流逆變電路連接一H4橋電路，所述H4橋電路中的兩個半橋的輸出端分別連接一第一電感和一第二電感，所述第一電感和所述第二電感均連接負載。本實用新型的雙向電源主電路能夠?qū)崿F(xiàn)電能的雙向流動，高效地利用電能并有效保護負載。而且雙向電源主電路結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，成本低，同時具有能量可雙向流動的特點，高效地利用了電能，且能將多余的電源回饋給電網(wǎng)，從而大大減少了電能的人為可控損耗。
【專利說明】雙向電源主電路及充電機
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及一種雙向電源主電路及充電機。
【背景技術】
[0002]充電電池在日常生活，工業(yè)生產(chǎn)當中的作用越來越重要。其中蓄電池被廣泛應用于生產(chǎn)、運輸?shù)阮I域，蓄電池是指將化學能直接轉(zhuǎn)化成電能的一種裝置，是按可再充電設計的電池，通過可逆的化學反應實現(xiàn)再充電，常用的蓄電池有鉛酸蓄電池、鋰電池等，蓄電池是電池中的一種，屬于二次電池。
[0003]現(xiàn)有技術中，常利用充電機為蓄電池充電，充電機的主電路都是以單向恒流的充電方式對充電電池進行充電，交流電網(wǎng)經(jīng)過整流后傳輸電能至直流母線上，然后直流母線傳輸電能給所述負載，現(xiàn)有的整流電路只能單向轉(zhuǎn)化，從交流變直流，所以這一充電過程是單向不可逆的。負載在充滿電后，若充電機繼續(xù)對充電電池傳送電能的話不僅會浪費電能，而且可能會對負載造成損耗。
實用新型內(nèi)容
[0004]本實用新型要解決的技術問題是為了克服現(xiàn)有技術的充電設備電能利用率低，容易對電能造成損耗的缺陷，提供一種電能利用率高且結(jié)構(gòu)簡單制造成本低的靈活的雙向電源主電路及充電機。
[0005]本實用新型是通過下述技術方案來解決上述技術問題:一種雙向電源主電路，其特點在于，所述雙向電源主電路包括一用于連接交流電網(wǎng)的整流逆變電路，所述整流逆變電路連接一 H4橋電路(由2組功率開關管組成的電路)，所述H4橋電路中的兩個半橋的輸出端分別連接一第一電感和一第二電感，所述第一電感和所述第二電感均連接負載。
[0006]本實用新型的雙向電源主電路能夠?qū)崿F(xiàn)電能的雙向傳輸，其中，H4橋電路在現(xiàn)有技術中常用來配合全橋電路使用或用來實現(xiàn)逆變。H4橋電路與第一電感、第二電感結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)升壓電路和降壓電路的功能。充電時，整流逆變電路將交流電網(wǎng)的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，然后通過H4橋電路配合第一電感和第二電感得到的降壓電路對直流電能進行降壓，降壓至負載要求的充電電壓后，傳輸至負載。當負載的電壓高于負載要求的充電電壓時，負載端的直流電能通過H4橋電路配合第一電感和第二電感得到的升壓電路對直流電能進行升壓后，將電能傳輸至直流母線上，再通過整流逆變電路的逆變功能將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能傳送至電網(wǎng)。上述過程完全可逆，利用本實用新型能使電能雙向流動，提高了電能的利用率，而且能夠防止負載過充電。
[0007]另外，一般的雙向DC-DC (直流轉(zhuǎn)直流)電路的思路是將BUCK電路和BOOST電路分開搭建，然后用開關來選擇電能流通的通路，參見圖2所示，這樣做的缺點是充放電的切換不是很方便，而且增加了器件的使用數(shù)量，不利于工程項目中的應用。
[0008]本實用新型的雙向電源主電路的主要創(chuàng)新點在于對DC-DC部分H4橋電路的靈活運用，本來H4橋電路拓撲被成熟的運用于單相逆變電路中，而經(jīng)過對輸出部分做了改進(將負母線接于負載的負電壓端)后，就形成了可以使電能雙向流動的DC-DC拓撲，通過現(xiàn)有技術的軟件對上下管的封鎖，PWM (脈沖寬度調(diào)制)的調(diào)制來實現(xiàn)對電能雙向流動的閉環(huán)控制。
[0009]也就是說，現(xiàn)有的電能雙向流動電路通常將整流與逆變這兩個過程分開兩個電路實施，而本實用新型充分利用了 H4橋電路的特性將整流和逆變這兩個過程整合，讓雙向電源主電路的結(jié)構(gòu)更加簡單，從而降低了雙向電源主電路的制造成本。
[0010]本實用新型的使用過程可以為:充電的能源來源于交流電網(wǎng)，通過整流逆變電路的整流功能，將電網(wǎng)的能量充到直流母線上，再通過H4橋電路的BUCK功能(降壓功能)將電能充到負載上；當負載的電壓高于負載要求的充電電壓350V時，又通過H4橋電路的BOOST功能(升壓功能)將負載上的電能回送到直流母線上，再通過整流逆變電路的三相逆變功能，將電能回送到電網(wǎng)，整個過程完全可逆。
[0011]較佳地，所述整流逆變電路為三相逆變橋。三相逆變橋包括3組功率開關管，是整流逆變電路的優(yōu)選。所述整流逆變電路可以優(yōu)選為H6橋電路(由3組功率開關管組成的電路)。
[0012]較佳地，所述整流逆變電路的整流直流輸出端的正負母線分別連接一第一電容的兩端，和/或所述負載并聯(lián)一第二電容。
[0013]第一電容和第二電容可用于提高電能質(zhì)量，起到穩(wěn)壓濾波的作用，使負載的充電更加穩(wěn)定可靠。整流直流輸出端是指整流逆變電路在整流過程中，電能由交流轉(zhuǎn)為直流的輸出端。
[0014]較佳地，所述交流電網(wǎng)通過一濾波器連接所述整流逆變電路。濾波器用于消除或減少諧波對交流電網(wǎng)的影響，使電網(wǎng)的諧波含量更少。
[0015]較佳地，所述雙向電源主電路包括一主控制芯片，所述主控制芯片傳輸交錯方波的驅(qū)動信號至所述H4橋電路。利用交錯方波對H4橋電路進行驅(qū)動大大減小了 DC-DC變化過程中的紋波。
[0016]本實用新型還提供一種充電機，其特點在于，所述充電機包括如上所述的雙向電源主電路。
[0017]本實用新型的積極進步效果在于:本實用新型結(jié)構(gòu)簡單，使用方便，成本低，同時具有能量可雙向流動的特點，高效的利用了電能，且能將多余的電源回饋給電網(wǎng)，從而大大減少了電能的人為可控損耗，并有效防止負載過充電。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1為本實用新型雙向電源主電路的實施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖2為現(xiàn)有技術中升壓降壓充放電主電路的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0020]圖3為本實用新型H4橋電路的控制算法的實施例的軟件流程圖。
【具體實施方式】
[0021]下面舉個較佳實施例，并結(jié)合附圖來更清楚完整地說明本實用新型。
[0022]實施例
[0023]本實施例提供一種充電機，所述充電機包括一雙向電源主電路，參見圖1，所述雙向電源主電路包括一用于連接交流電網(wǎng)的三相逆變橋11，所述三相逆變橋11能夠?qū)崿F(xiàn)整流和逆變，是整流逆變電路的一種優(yōu)選方案。同時，所述交流電網(wǎng)通過一濾波器12連接所述三相逆變橋11，濾波器12用于消除或減少諧波對電網(wǎng)的影響，提高電網(wǎng)的電能質(zhì)量。
[0024]所述三相逆變橋11的整流直流輸出端的正負母線分別連接一第一電容14的兩端，所述第一電容14用于提高電能質(zhì)量，起到穩(wěn)壓濾波的作用。
[0025]所述三相逆變橋11連接一 H4橋電路13，所述H4橋電路13中的兩個半橋的輸出端分別連接一第一電感16和一第二電感17,所述第一電感16和所述第二電感17均連接負載18。H4橋電路13通過連接第一電感16和第二電感17能夠?qū)崿F(xiàn)升壓和降壓的功能。所述負載18并聯(lián)一第二電容15，所述第二電容15用于提高電能質(zhì)量，起到穩(wěn)壓濾波的作用。
[0026]所述雙向電源主電路還包括一主控芯片，所述主控芯片傳輸交錯方波的驅(qū)動信號至所述H4橋電路13。利用交錯方波對H4橋電路13進行驅(qū)動大大減小了 DC-DC變化過程中的紋波，能夠使雙向電源主電路工作更加穩(wěn)定可靠。主控芯片可以采用DSP芯片，也可以利用其他控制芯片，同樣能夠起到對H4橋電路13進行驅(qū)動的作用。
[0027]利用本實施例的充電機對負載18充電時，三相逆變橋11將電網(wǎng)的交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，然后通過H4橋電路13配合第一電感16和第二電感17得到的降壓電路對直流電能進行降壓，降壓至負載18要求的充電電壓后，對負載18進行充電。當負載18的電壓高于負載18要求的充電電壓時，負載18端的直流電能通過H4橋電路13配合第一電感16和第二電感17得到的升壓電路對直流電能進行升壓后，將電能傳輸至直流母線上，再通過三相逆變橋11的逆變功能將直流電能轉(zhuǎn)換為交流電能傳送至電網(wǎng)。上述過程完全可逆，利用本實施例能使電能雙向流動，提高了電能的利用率，而且能夠防止負載18過充電。
[0028]本實施例利用現(xiàn)有軟件技術對H4橋電路在雙向電源主電路中的運行進行控制，包括驅(qū)動波形應用交錯方波，從而大大減小了充放電過程中直流電能的紋波伏值。而且整個主電路是完全可逆的充放電系統(tǒng)。通過對負載側(cè)電壓的判斷對H4橋電路進行控制。負載要求的充電電壓為350V，如果負載側(cè)電壓的伏值小于350V減5V且保持500MS，關閉BOOST功能，進行BUCK閉環(huán)恒壓限流充電工作；當負載側(cè)電壓高于350V加5V且保持500MS，關閉BUCK功能，進行BOOST放電功能。參見圖3所示，H4橋電路的工作流程可以通過現(xiàn)有的控制算法實現(xiàn)，所述控制算法如下:
[0029]步驟100、20KHZ采樣中斷。
[0030]步驟101、判斷是否負載電壓小于(350 - 5)V且保持時間大于500MS，若是則執(zhí)行步驟102，若否則執(zhí)行步驟104。
[0031]步驟102、關閉BOOST，生成PWM驅(qū)動信號，開啟BUCK，生成PWM驅(qū)動信號。
[0032]步驟103、BUCK工作標識置I，BOOST工作標識清O。
[0033]步驟104、判斷是否負載電壓大于(350+5)V且保持時間大于500MS，若是則執(zhí)行步驟105，若否則執(zhí)行步驟107。
[0034]步驟105、關閉BUCK，生成PWM驅(qū)動信號，開啟B00ST，生成PWM驅(qū)動信號。
[0035]步驟106、BOOST工作標識置I，BUCK工作標識清O。
[0036]步驟107、判斷BUCK是否工作，若是則執(zhí)行步驟108，若否則執(zhí)行109。
[0037]步驟108、恒壓限流輸出電壓350V，電流最大值35A。
[0038]步驟109、判斷BOOST是否工作，若是則執(zhí)行步驟110，若否則執(zhí)行步驟111。[0039]步驟110、直流母線電壓閉環(huán)650V輸出。
[0040]步驟111、中斷返回。
[0041]上述H4橋電路控制方法是現(xiàn)有的控制方式，方法中的數(shù)值都是優(yōu)選且可以替換的。
[0042]本實施例充分利用了 H4橋電路的特性將整流和逆變這兩個過程整合，讓雙向電源主電路的結(jié)構(gòu)更加簡單，從而降低了雙向電源主電路的制造成本。
[0043]雖然以上描述了本實用新型的【具體實施方式】，但是本領域的技術人員應當理解，這些僅是舉例說明，本實用新型的保護范圍是由所附權(quán)利要求書限定的。本領域的技術人員在不背離本實用新型的原理和實質(zhì)的前提下，可以對這些實施方式做出多種變更或修改，但這些變更和修改均落入本實用新型的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種雙向電源主電路，其特征在于，所述雙向電源主電路包括一用于連接交流電網(wǎng)的整流逆變電路，所述整流逆變電路連接一 H4橋電路，所述H4橋電路中的兩個半橋的輸出端分別連接一第一電感和一第二電感，所述第一電感和所述第二電感均連接負載。
2.如權(quán)利要求1所述的雙向電源主電路，其特征在于，所述整流逆變電路為三相逆變橋。
3.如權(quán)利要求1所述的雙向電源主電路，其特征在于，所述整流逆變電路的整流直流輸出端的正負母線分別連接一第一電容的兩端，和/或所述負載并聯(lián)一第二電容。
4.如權(quán)利要求1所述的雙向電源主電路，其特征在于，所述交流電網(wǎng)通過一濾波器連接所述整流逆變電路。
5.如權(quán)利要求1所述的雙向電源主電路，其特征在于，所述雙向電源主電路包括一主控制芯片，所述主控制芯片傳輸交錯方波的驅(qū)動信號至所述H4橋電路。
6.一種充電機，其特征在于，所述充電機包括如權(quán)利要求1至5中任意一項所述的雙向電源主電路。
【文檔編號】H02M5/44GK203574548SQ201320764327
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2013年11月27日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月27日
【發(fā)明者】徐洋波, 李成杰 申請人:上海追日電氣有限公司