4. 根据权利要求3所述的基于有源嵌位软开关电源的电力超级电容均压方法，其特征 在于，所述有源嵌位开关电源(2)的拓扑电路采用同步整流方式，该拓扑电路包括24V恒压 源Vin、流控电流源i3/k、压控电压源kVl、激磁电感Lm、一次侧漏感k、二次侧漏感Lsr、滤波电 感Lo、主开关管Si、有源嵌位辅助开关管S2、第一同步整流开关管S3、第二同步整流开关管S4、 滤波开关管S5、第一体二极管化、第二体二极管化、第Ξ体二极管化、第四体二极管〇4、第五体 二极管化、第一电容Cr、第二电容C2、第Ξ电容C3、第四电容C4、第五电容C5、有源嵌位电容Cl、 滤波电容Co和负载电阻化，其中等效变压器一次侧等效为激磁电感Lm和流控电流源i3/k并 联然后与一次侧漏感以串联结构，等效变压器二次侧等效为压控电压源kVi与二次侧漏感 Lsr串联结构，k为变压器一次侧线圈m与二次侧线圈m的应数之比； 所述24V恒压源Vin的正极与一次侧漏感k的一端连接，一次侧漏感k的另一端与激磁电 感Lm的一端连接，激磁电感Lm的另一端同时与有源嵌位电容Cl的一端、主开关管Si的漏极、 第一体二极管化的阴极和第一电容Cr的一端连接，有源嵌位电容Cl的另一端同时与第二电 容C2的一端、第二体二极管化的阳极、有源嵌位辅助开关管S2的源极连接，第二电容C2的另 一端同时与24V恒压源Vin的负极、第二体二极管化的阴极、有源嵌位辅助开关管S2的漏极、 主开关管Si的源极、第一体二极管化的阳极和第一电容Cr的另一端连接，流控电流源i3/k与 激磁电感Lm并联， 压控电压源kVl的正极与二次侧漏感Lsr的一端连接，二次侧漏感Lsr的另一端同时与滤 波开关管Ss的漏极、第五体二极管化的阴极、第五电容Cs的一端和滤波电感Lo的一端连接， 滤波电感L 0的另一端同时与滤波电容C 0的一端和负载电阻化的一端连接，负载电阻化的另 一端同时与滤波电容Co的另一端、滤波开关管Ss的源极、第五体二极管化的阳极、第五电容 C5的另一端、第四电容C4的一端、第二同步整流开关管S4的漏极和第四体二极管D4的阴极连 接，第四电容C4的另一端同时与第四体二极管〇4的阳极、第二同步整流开关管S4的源极、第 一同步整流开关管S3的源极、第Ξ体二极管化的阳极和第Ξ电容C3的一端连接，第Ξ电容C3 的另一端同时与第一同步整流开关管S3的漏极、第Ξ体二极管化的阴极和压控电压源kVi的 负极连接。5. 根据权利要求4所述的基于有源嵌位软开关电源的电力超级电容均压方法，其特征 在于，所述有源嵌位开关电源(2)工作方式为电流闭环，正常工作在恒流源模式，超级电容 单体电压经过低通滤波器滤波后与电压保护值进行比较，当中央控制器（1)输出的控制信 号为允许有源嵌位开关电源(2)工作，且超级电容单体电压低于电压保护值时，电流给定值 为电流给定I;当中央控制器(1)输出的控制信号为允许有源嵌位开关电源(2)工作，且超级 电容单体电压高于电压保护值时，电流给定值为ο;电流给定值与充电电流反馈值进行减法 运算，经过ΡΙ电流调节器，最后将输出结果发送至PWM脉冲生成单元，所述PWM脉冲生成单元 产生的PMW脉冲信号用于控制有源嵌位开关电源(2)的开关状态。6.根据权利要求5所述的基于有源嵌位软开关电源的电力超级电容均压方法，其特征 在于，所述有源嵌位开关电源(2)工作中的每一个周期时序分为八个阶段， 阶段1: 主开关管Si、第一同步整流开关管S3和第二同步整流开关管S4开通，电流i3和电流i4完 成换流，起始时刻to时激磁电感Lm两端电压为：Δ?为电流?增量，Aim为励磁电流im增量，D为PWM占空比，Ts为PWM周期； 阶段2: tl时刻，主开关管Si关断，电流il对第一电容Cr充电，第一电容Cr两端电压达到Vin前，激 磁电感Lm两端的电压一直为正，流经激磁电感Lm的励磁电流im继续增加，由于第一电容Cr两 端电压达到Vin所用时间非常短，忽略励磁电流在此时间段内的增量，同时电流icL对第二 电容C2充电，若〔2 =紅=〔5<<。，其中，〔5表不电容值，现1第一电容Cr两端电压为：当忽略电流i3在此时间段内的增量，则电流i3为阶段3: t2时刻，当第一电容Cr两端电压Vcr达到Vin时，激磁电感Lm两端电压为负，电流i3开始减 小，电流i4开始增大，电流i4对第五电容C5放电，由于第五电容C5的容抗很小，而且电流i4的 电流值很大，因此忽略放电时间，电流i4对第五电容C5放电结束后，第五体二极管化导通，在 忽略二次侧漏感Lsr压降情况下，激磁电感Lm两端电压Vl被错位为零，此时一次侧漏感以与〔2 二Cr二Cs谐振，则：忽略阶段2中电流i3的增加量时，iLr(tl) - iLr(t2)，该阶段在第一电容Cr两端电压Vcr增 力岐ljVin/(l-D)时结束，此时第二电容C2两端电压Vs2为零； 阶段4: t3时刻，由于Vs2 = 0,并且电流iLr(t)不能突变，所W此时第二体二极管化导通，同时第 一电容C厢端电压Vcr(t)=Vin/(l-D)被错位，此时电流il = 0,由于第二体二极管化导通，有 源嵌位辅助开关管S2零电压开通，此时第一同步整流开关管S3关闭，同时由于第五体二极管 化的错位作用，滤波开关管S5零电压开通，此时，电流i4流经滤波开关管S5，电流i3流经第Ξ 体二极管〇3和第四体二极管〇4,由于Vcr(t)-Vin = DVin/(l-D)加在一次侧漏感以两端，此时电 流山下降，则：电流iLr(t3)根据阶段3时一次侧漏感以中的能量转移到C2 = Cr = Cs中，使第一电容Cr两 端升高的电压为DVin/ (1-D)，则：阶段5: t4时刻，电流i3和电流i4换流结束，由于第二体二极管化的错位作用，有源嵌位辅助开关 管S2零电压开通，由于换流结束，所W第二同步整流开关管S4零电流关断，此时，错位电压 VcL = DVin/ ( 1-D)加在激磁电感Lm和一次侧漏感以的串联电路两端，同时，滤波电感Lo两端电 压为-Vq，则：阶段6: t5时刻，有源嵌位辅助开关管S2关断，在有源嵌位辅助开关管S2关断前，电流为负，由于 有源嵌位辅助开关管S2继续导通，电流im反方向增大，将t=(l-D)巧代入阶段5中的公式中，获得：由于有源嵌位辅助开关管S2关断，此时电流ia将一半电流转移到ii为第一电容Cr放电， 另一半为第二电容C2反向充电，即此时激磁电感Lm和一次侧漏感k的串联电路与C2 = Cr = Cs 谐振，则：阶段7: t6时刻，第一电容Cr两端电压降为零，且第一体二极管化导通，此时激磁电感Lm和一次侧 漏感k的串联电路与C2 = Cr = Cs仍处于谐振阶段，由于第一体二极管化导通，主开关管Si零 电压开通，同时第一同步整流开关管S3开通，第二同步整流开关管S4和滤波开关管S5关断， 电流i3 = 〇,二次侧没有电流感应到一次侧，电流i4转移到第五体二极管化中； 阶段8: t7时刻，第二同步整流开关管S4开通，电流i3和电流i4换流，换流期间电流i3中电流感生 到一次侧形成流控电流源i3/k，此时一次侧电压Vl加在二次侧漏感Lsr两端，则：在电流i3和电流i4换流结束后开始下一周期时序并循环W上八个阶段。
【专利摘要】基于有源嵌位软开关电源的电力超级电容均压装置及方法，涉及电力超级电容器均压控制领域。解决了现有超级电容均压技术中存在能量转移慢和不适用于电力超级电容器的问题。中央控制器采用由一个CPU以及通讯模块与开关管驱动模块等组成的控制系统实现，通过控制超级电容电压采样单元采集每个超级电容单体的电压，并计算超级电容组的电压平均值；断第p个超级电容单体电压是否满足Vp<Vaverage，是，则控制与其相连的有源嵌位开关电源打开，此时第p个超级电容单体电压升高，其他超级电容单体电压下降；循环执行上述过程，直至每个超级电容单体电压都满足Vaverage-△V<Vj<Vaverage+△V，1≤j≤n，△V为系统允许的超级电容单体端电压偏差值，系统完成均压任务。
【IPC分类】H02J7/34
【公开号】CN105576795
【申请号】CN201511029320
【发明人】凡绍桂, 段建东, 孙力, 肖倩, 刘云霞
【申请人】哈尔滨工业大学
【公开日】2016年5月11日
【申请日】2015年12月30日