本发明涉及电动汽车充电技术领域，尤其涉及一种单输入多输出整流器及控制方法。
背景技术：
传统的电动汽车充电站为了得到适用于电动汽车充电的直流电压，首先利用一个工频降压变压器将附近变电站输送过来的高压交流电降为低压交流电压，然后借助电力电子技术设计一个AC-DC变换器将低压交流电压转化为最终所需的直流电压。由于传统电动汽车充电系统中的工频降压变压器体积和重量都很大，使得系统的功率密度大大降低以及成本很高。另外，当大量电动汽车同时充电时，AC-DC变换器势必要承受大电流，但是单个功率器件往往不能满足大电流应用的需求。
级联PWM整流器可以在不借助工频降压变压器的情况下，将工频交流高电压变换为多个低压直流电压输出，每一路直流输出端都可同时为电动汽车充电。但是，若每一路直流输出端承担的电动汽车数量不等，也就是说，直流输出端承受的负载功率等级不一样，在这种情况下会引起级联PWM整流器输出的多个直流电压不相等。若不能实现输出直流电压达到均压状态，不仅会导致级联PWM整流器不能正常工作，更严重的是，电压过低的几路直流输出端无法正常为电动汽车充电。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是，克服现有技术中的不足，提供一种单输入多输出整流器及其控制方法。
为解决技术问题，本发明的解决方案是：
提供一种单输入多输出整流器，包含一个级联PWM整流器与n个DC-DC变换器，所述级联PWM整流器由n个整流单元构成，各整流单元i输入端相互串联，i＝1，2…n；在整流单元i输入侧的两条交流支路中分别串联滤波电感Li1与Li2；由带反并联续流二极管的全控开关管Si1，Si2，Si3与Si4构成H桥拓扑，此H桥两个输入端点分别与滤波电感Li1与Li2一端相连，H桥两个输出端点间跨接一个滤波电容Gi；在DC-DC变换器i中，i＝1，2…n，由带反并联续流二极管的全控开关管Ki1，Ki2，Ki3与Ki4构成H桥拓扑，此H桥输入侧两个端点分别与滤波电容Ci两端相连，输出侧与高频变压器Ti原边相连；由四个功率二极管Di1，Di2，Di3与Di4构成整流桥，整流桥输入侧与高频变压器Ti副边相连，整流桥输出侧跨接由滤波电感Lfi与滤波电容Cfi构成的低通滤波器；每个DC-DC变换器输出端用于与由电动汽车构成的负载相连。
本发明进一步提供了基于前述单输入多输出整流器的控制方法，对所述级联PWM整流器的运行控制包括以下步骤：
(1)检测电网的相位Vg/|Vg|、整流单元i滤波电感电流igi与输出直流电压Vi；
(2)给定输出总直流电压Vref与输出总电压之差作为电压调节器Gv的输入；
(3)Gv的输出与电网电压相位(Vg/|Vg|)相乘得到滤波电感电流给定值的主要分量igref0；
(4)求出级联PWM整流器输出总电压后算出平均输出电压V；
(5)平均输出电压V与整流单元i输出电压Vi作差后作为均压调节器GVi的输入，i＝1，2...n：
(6)整流单元i均压调节器GVi的输出与网侧电流给定值的主要分量igref0相加后，再与滤波电感电流igi作差后作为整流单元i电流调节器GIi的输入；
(7)电流调节器GIi的输出与三角载波比较得到整流单元i全控开关管Si1，Si2，Si3与Si4的驱动信号。
本发明还提供了基于前述单输入多输出整流器的控制方法，对所述DC-DC变换器的运行控制包括以下步骤：
(1)采样各DC-DC变换器i的输出电压VDi；
(2)求出DC-DC变换器输出总电压后算出平均输出电压VD；
(3)平均输出电压VD与DC-DC变换器i输出电压VDi，作差后作为均压调节器GDCi的输入；
(4)均压调节器GDCi的输出与给定直流电压VDref相加之后，再与输出电压VDi作差后的结果作为电压调节器GDVi的输入；
(5)电压调节器GDVi的输出与三角载波比较得到DC-DC变换器i全控开关管Ki1，Ki2，Ki3与Ki4的驱动信号。
本发明中，对级联PWM整流器与各DC-DC变换器需同步控制。级联PWM整流器中各整流单元所用的电路元件参数以及各DC-DC变换器所用的电路元件参数尽可能保持一致。
本发明中，级联PWM整流器的三环控制系统中设置的均压调节器、电压调节器与电流调节器以及各DC-DC变换器控制系统中的电压调节器与均压调节器都采用PI调节器。
本发明的实现原理描述：
单相高压交流电压作为级联PWM整流器的输入，级联PWM整流的每个直流输出端作为后级DC-DC变换器的输入；DC-DC变换器通过H桥拓扑将输入直流电压变换为占空比可变的PWM电压，然后利用高频变压器调节PWM电压的幅值，进而通过二极管桥式整流将PWM电压变换为直流电压，最后经过LC低通滤波器得到稳定的直流电压；每个DC-DC变换器输出端与由电动汽车构成的负载相连。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明克服了现有技术中的级联PWM整流器各直流输出端负载不一致引起的输出直流电压不均，能够让级联PWM整流器正常工作的前提下实现各充电端口输出均压状态，使得系统在运行过程中避免出现由各直流输出端负载差异引起的级联PWM整流器输出电压不均与各DC-DC变换器输出电压不均。
附图说明：
图1单输入多输出整流器主电路图；
图2级联PWM整流器各整流单元驱动信号产生框图；
图3各DC-DC变换器的驱动信号产生框图。
具体实施方式
本发明的实现基础是，基于单输入多输出整流器，该系统包含一个级联PWM整流器与n个DC-DC变换器。级联PWM整流器由n个整流单元构成，各整流单元输入端相互串联。在整流单元i(i＝1，2…n)输入侧的两条交流支路中分别串联滤波电感Li1与Li2。由带反并联续流二极管的全控开关管Si1，Si2，Si3与Si4构成H桥拓扑，此H桥两个输入端点分别与滤波电感Li1与Li2一端相连，H桥两个输出端点间跨接一个滤波电容Ci。
在DC-DC变换器i(i＝1，2…n)中，由带反并联续流二极管的全控开关管Ki1，Ki2，Ki3与Ki4构成H桥拓扑，此H桥输入侧两个端点分别与滤波电容Ci两端相连，输出侧与高频变压器Ti原边相连。由四个功率二极管Di1，Di2，Di3与Di4构成整流桥，整流桥输入侧与高频变压器Ti副边相连，整流桥输出侧跨接由滤波电感Lfi与滤波电容Cfi构成的低通滤波器。每个DC-DC变换器输出端与由电动汽车构成的负载相连。
本发明中，级联PWM整流器的具体工作过程按如下步骤进行：
1)检测电网的相位(Vg/|Vg|)、整流单元i滤波电感电流igi与输出直流电压Vi；
2)电压调节器Gv的输入按公式(1)计算；
3)滤波电感电流瞬时给定值主要分量igref0按公式(2)计算；
4)级联PWM整流器输出平均电压V按公式(3)计算；
5)[V-Vi]作为均压调节器GVi的输入；
6)[igref0+GVii的输出-igi]作为电流调节器GIi的输入；
7)GIi的输出与三角载波比较得到整流单元i全控开关管Si1，Si2，Si3与Si4的驱动信号。
本发明中DC-DC变换器i(i＝1，2…n)的具体工作过程按如下步骤进行：
1)采样各DC-DC变换器i的输出电压VDi；
2)DC-DC变换器输出平均电压VD按公式(4)计算；
3)平均输出电压VD与DC-DC变换器i输出电压VDi作差后作为均压调节器GDCi的输入；
4)[给定直流电压VDref+GDCi的输出-VDi]作为电压调节器GDVi的输入；
5)GDVi的输出与三角载波比较得到全控开关管Ki1，Ki2，Ki3与Ki4的驱动信号。
下面结合附图和进一步说明本发明。
图1所示为单输入多输出整流器主电路图，该系统包含一个级联PWM整流器与n个DC-DC变换器。级联PWM整流器由n个整流单元构成，各整流单元输入端相互串联。在整流单元i(i＝1，2…n)输入侧的两条交流支路中分别串联滤波电感Li1与Li2。由带反并联续流二极管的全控开关管Si1，Si2，Si3与Si4构成H桥拓扑，此H桥两个输入端点分别与滤波电感Li1与Li2一端相连，H桥两个输出端点间跨接一个滤波电容Ci。在DC-DC变换器i(i＝1，2…n)中，由带反并联续流二极管的全控开关管Ki1，Ki2，Ki3与Ki4构成H桥拓扑，此H桥输入侧两个端点分别与滤波电容Ci两端相连，输出侧与高频变压器Ti原边相连。由四个功率二极管Di1，Di2，Di3与Di4构成整流桥，整流桥输入侧与高频变压器Ti副边相连，整流桥输出侧跨接由滤波电感Lfi与滤波电容Cfi构成的低通滤波器。每个DC-DC变换器输出端与由电动汽车构成的负载相连。
图2所示为级联PWM整流器各整流单元驱动信号产生框图，具体产生过程按如下步骤进行：1)检测电网的相位(Vg/|Vg|)、整流单元i滤波电感电流igi与输出直流电压Vi；2)计算电压调节器Gv的输入；3)计算滤波电感电流瞬时给定值主要分量igref0；4)计算级联PWM整流器输出平均电压V；5)[V-Vi]作为均压调节器GVi的输入；6)[igref0+GVi的输出-igi]作为电流调节器GIi的输入；7)GIi的输出与三角载波比较得到整流单元i驱动信号Si1，Si2，Si3与Si4。
图3所示为DC-DC变换器i(i＝1，2…n)驱动信号产生框图，具体产生过程按如下步骤进行：1)采样各DC-DC变换器i的输出电压VDi；2)计算DC-DC变换器输出平均电压VD；3)平均输出电压VD与DC-DC变换器i输出电压VDi作差后作为均压调节器GDCi的输入；4)[给定直流电压VDref+GDCi的输入-VDi]作为电压调节器GDVi的输入；5)GDVi的输出与三角载波比较得到全控开关管Ki1，Ki2，Ki3与Ki4的驱动信号。