专利名称：恒流恒压调节器及使用该恒流恒压调节器的充电器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种恒流恒压调节器，尤其涉及一种使用该恒流恒压调节器的恒流恒压充电器。
2、充电器限功率运行，其基本原理是限制充电器输入功率，从而限制充电器输出功率，间接限制电池的充电电流。这种方式从本质上讲，仅是一种限流方式，因而恒流精度差。同时电流控制方式为峰值控制方式，需要克服高次谐波振荡的缺陷，同时峰值检测对噪声比较敏感。
发明内容
本发明的目的就是为了解决以上问题，提供一种恒流恒压调节器及使用该恒流恒压调节器的充电器，减少输出振荡的缺陷。
为实现上述目的，本发明提出的恒流恒压调节器及使用该恒流恒压调节器的充电器包括电流调节器(IBATT_reg)、电压调节器(VBATT_reg)和脉宽调制电路(PWM)，恒流输出目标值(IBATT_ref)和实际电流值(IBATT)作为电流调节器(IBATT_reg)的输入信号，参考电压值(VBATT_ref)和实际输出电压(VBATT)作为电压调节器(VBATT_reg)的输入信号，电压调节器(VBATT_reg)的输出信号直接或间接接至脉宽调制电路，其特征是所述的电流调节器(IBATT_reg)与电压调节器(VBATT_reg)相串联，电流调节器(IBATT_reg)的输出值作为改变电压调节器(VBATT_reg)的输出目标值的设定依据。
由于采用了以上的方案，所述电流调节器的输出作为改变电压调节器设定值的依据，通过调节充电器输出电压间接控制充电电流，从而避免由于逻辑电路切换造成的振荡，又实现恒流恒压控制。
具体实施例方式
下面通过具体的实施例并结合附图
对本发明作进一步详细的描述。
如图3所示为本发明恒压恒流调节器的核心控制框图，实施例中以恒压恒流调节器在电池充电器中的应用为例进行说明。恒流恒压调节器包括电流调节器IBATT_reg、电压调节器VBATT_reg和脉宽调制电路PWM，所述的电流调节器IBATT_reg与电压调节器VBATT_reg相串联后，经其它控制环节(即间接)与脉宽调制电路PWM相连。当然也可直接与脉宽调制电路相连。恒流输出目标值IBATT_ref和实际电流值IBATT作为电流调节器IBATT_reg的输入信号，所述的实际电流值IBATT为检测的平均电池充电电流值，即所述的电流调节器为一个平均电池电流控制器。充电器参考电压值VBATT_ref和实际充电器输出电压VBATT作为电压调节器VBATT_reg的输入信号，电流调节器IBATT_reg的输出值作为改变电压调节器VBATT_reg的输出目标值的设定依据。
如图4所示为本发明恒流恒压调节器具体实施例的控制框图，该恒流恒压调节器包括电流调节器IBATT_reg、电压调节器VBATT_reg、限幅电路和功率因数校正电路，电流调节器IBATT_reg的输出端经限幅电路接至电压调节器VBATT_reg的输入端；其输出值或该值与充电电压目标值(VBATT_obj)的和作为电压调节器VBATT_reg的参考电压值VBATT_ref。另外，还包括限幅电路，限幅电路串联于电流调节器(IBATT_reg)与电压调节器(VBATT_reg)之间，限幅电路是防止充电器输出电压过高，因此只需对参考电压值(VBATT_ref)的最高值进行限制即可。电流调节器IBATT_reg为非线性调节器，其控制模式为继电器模式，电压调节器VBATT_reg为PI(比例积分)调节器。
功率因数校正电路包括电流坐标变换器3s/2R、电流锁相电路PLL、电流解耦变换电路LW、有功电流调节器id_reg和无功电流调节器iq_reg。电流锁相电路PLL为输入电压uA、uB、uC从静止坐标系到旋转坐标系的坐标变换及输入电流的锁相。电流坐标变换器3s/2R的输入端接三相交流输入电流iA、iB、iC，电流锁相电路PLL输出的相角作为电流坐标变换器3s/2R的变换角；电流坐标变换器(3S/2R)的有功分量和无功分量的输出端分别接至电流解耦变换电路(LW)，电流坐标变换器的输出电流有功分量(id)与电压调节器(VBATT_reg)的输出信号的差作为有功功率调节器(id_reg)的输入信号，电流坐标变换器(3S/2R)的输出电流无功分量(iq)与输入电流无功分量目标信号(iq_ref)的差作为无功功率调节器的输入信号；电流锁相电路(PLL)的输入端接三相交流输入电压(uA、uB、uC)，其输出的有功电压分量(ud)分别与有功功率调节器(id_reg)的输出信号和经解耦的无功分量的差作为所述的脉宽调制电路(PWM)的有功控制信号，电流锁相电路(PLL)输出的无功电压分量(uq)分别与无功功率调节器的输出信号和经解耦的有功分量的差作为所述的脉宽调制电路的无功控制信号。
如图2所示是三相脉宽调制电路PWM整流器构成的充电器功率电路图；图6是三相脉宽调制电路PWM整流器的矢量图；上述具体实施例的恒流恒压调节器应用于该充电器的工作原理如下电感电压矢量UL为输入电压矢量Ui与整流桥交流侧电压矢量Ur的矢量差，输入电流有功分量id与输入电流无功分量iq的矢量和为电感电流矢量Ii。控制整流桥交流侧的电压Ur，可以控制电感上电流Ii，电感电流分为两个部分——有功部分id与无功部分iq，控制无功部分控制输入的功率因数，控制有功部分控制充电器输出电压。充电器电压调节器VBATT_reg负责提供有功电流的目标值，当充电器输出电压偏高时，降低有功电流的目标值，反之，升高有功电流的目标值。实际充电电流的大小受控于充电器输出电压，当实际充电电流比恒流输出目标值IBATT_ref高时，降低充电器参考电压值VBATT_ref，反之当实际充电电流比恒流输出目标值IBATT_ref低时，升高充电器参考电压值VBATT_ref，从而将实际充电电流维持在目标值。若电池未挂接或电池充饱时，充电器参考电压值VBATT_ref需做上限幅处理，最高为浮充电压目标值。
如图4和图6所示，输入有功电流调节器id_reg的有功电流方向和输入电压矢量方向相同，该调节器根据充电器输出电压的需要，控制输入有功电流的大小。控制输入无功电流的大小，可以改变输入电流iA、iB、iC和输入电压uA、uB、uC的相位，从而控制输入侧的功率因素，实际系统中，希望输入电流和输入电压同向，此时输入功率因素＝1，因此，该调节器的目标值iq_ref设定为0。电流坐标变换器3s/2R为输入电流从静止坐标系到旋转坐标系的坐标变换3S/2R，为控制上的方便，将检测到的三相输入电流iA、iB、iC经坐标变换，转换为输入电流iA、iB、iC的有功分量id和无功分量iq。其变换关系为id＝cos(wt)×iA+cos(wt-120°)×iB+cos(wt+120°)×iCiq＝-sin(wt)×iA-sin(wt-120°)×iB-sin(wt+120°)×iC电流锁相电路PLL为输入电压uA、uB、uC从静止坐标系到旋转坐标系的坐标变换及输入电流的锁相PLL。借用电机控制的相关理论，将输入电压uA、uB、uC转换、电流从三相静止坐标系转换到两相旋转坐标系(dq坐标系)后，三相交流量的控制可以转换为两相直流量的控制，为分析和控制上的方便，将旋转坐标系的d轴定向于输入电压矢量上，因此，输入电压的有功分量大小和输入电压矢量模长相等，输入电流无功分量目标值(iq-ref)取0，即ud＝UiUq＝0Ui由PARK变换给出ua＝(2uA-uB-uC)÷3，uβ=(uA-uC)÷3]]>wt为A相电压的相位，用于输入电流的坐标变换。有功分量id及A相电压相位的计算如下ui=ua2+uβ2]]>wt＝arccos(ua÷ui)wt角根据象限折算PWM整流器在旋转坐标系的控制模型中，有功电流分量和无功电流分量相互影响，即有耦合。其耦合量大小为LWiq和Lwid，为实现两者的独立控制，引入电流解耦变换电路LW，用于解耦。
如图5所示是本发明恒流恒压调节器的另一具体实施例的控制框图，恒流恒压调节器包括电流调节器IBATT_reg、电压调节器VBATT_reg、切换逻辑和脉宽调制电路PWM，电流调节器IBATT_reg和电压调节器VBATT_reg均为线性调节器，电流调节器IBATT_reg经切换逻辑与电压调节器VBATT_reg串联，电压调节器VBATT_reg的输出端接至脉宽调制电路PWM。恒流输出目标值IBATT_ref和实际电流值IBATT作为电流调节器IBATT_reg的输入信号，电流调节器IBATT_reg的输出值作为电压调节器VBATT_reg参考的变化量ΔVBATT_ref，它与充电电压目标值VBATT-obj的和作为电压调节器VBATT_reg的参考电压值VBATT_ref，参考电压值VBATT_ref和实际充电器输出电压VBATT作为电压调节器VBATT_reg的输入信号。切换逻辑如下电池电流调节器IBATT_reg默认为断开状态，当实际的充电电流比恒流输出目标值IBATT_ref高时，电池电流调节器IBATT_reg接入，电池均衡充电，此时，电池电流维持在恒流输出目标值IBATT_ref。当充电器输出电压接近均充电压目标值以后，断开电池电流调节器IBATT_reg，电池恒压充电；若电池电流大于恒流输出目标值IBATT_ref，再次闭合电池电流调节器IBATT_reg；若电池未接入，电池电流调节器IBATT_reg为断开状态。电池电流调节器IBATT_reg的接通与关闭的过程，改变的是电压调节器VBATT_reg的目标值VBATT_ref，可以逐步过渡，而不会引起输出的振荡。
本发明的恒流恒压调节器由于具有恒流恒压调节特性，因此也可用于其它的直流稳定电源，而不仅仅局限于充电器的应用。
权利要求
1.一种恒流恒压调节器，用以调节直流稳定电源的输出电压和电流，包括电流调节器(IBATT_reg)、电压调节器(VBATT_reg)和脉宽调制电路(PWM)，恒流输出目标值(IBATT_ref)和实际电流值(IBATT)作为电流调节器(IBATT_reg)的输入信号，参考电压值(VBATT_ref)和实际输出电压(VBATT)作为电压调节器(VBATT_reg)的输入信号，电压调节器(VBATT_reg)的输出信号直接或间接接至脉宽调制电路，其特征是所述的电流调节器(IBATT_reg)与电压调节器(VBATT_reg)相串联，电流调节器(IBATT_reg)的输出值作为改变电压调节器(VBATT_reg)的输出目标值的设定依据。
2.如权利要求1所述的恒流恒压调节器，其特征是所述的实际电流值(IBATT)为检测的直流稳定电源输出的平均电流值。
3.如权利要求1或2所述的恒流恒压调节器，其特征是电流调节器(IBATT_reg)的输出值作为电压调节器(VBATT_reg)的电压参考变化量(ΔVBATT_ref)，它与电压目标值(VBATT_obj)的和作为电压调节器(VBATT_reg)的参考电压值(VBATT_ref)。
4.如权利要求1或2所述的恒流恒压调节器，其特征是所述的恒流恒压调节器还包括限幅电路，所述的限幅电路串联于电流调节器(IBATT_reg)与电压调节器(VBATT_reg)之间，所述的电流调节器(IBATT_reg)为非线性调节器，其控制模式为继电器模式。
5.如权利要求1或2所述的恒流恒压调节器，其特征是所述的恒流恒压调节器还包括功率因数校正电路，该功率因数校正电路包括电流坐标变换器(3S/2R)、电流锁相电路(PLL)、电流解耦变换电路(LW)、有功电流调节器(id_reg)和无功电流调节器(iq_reg)；电流坐标变换器(3S/2R)的输入端接三相交流输入电流(iA、iB、iC)；电流锁相电路(PLL)输出的相角作为电流坐标变换器(3s/2R)的变换角，电流坐标变换器(3S/2R)的有功分量和无功分量的输出端分别接至电流解耦变换电路(LW)，电流坐标变换器的输出电流有功分量(id)与电压调节器(VBATT_reg)的输出信号的差作为有功功率调节器(id_reg)的输入信号，电流坐标变换器(3S/2R)的输出电流无功分量(iq)与输入电流无功分量目标信号(iq_ref)的差作为无功功率调节器的输入信号；电流锁相电路(PLL)的输入端接三相交流输入电压(uA、uB、uC)，其输出的有功电压分量(ud)分别与有功功率调节器(id_reg)的输出信号和经解耦的无功分量的差作为所述的脉宽调制电路(PWM)的有功控制信号，电流锁相电路(PLL)输出的无功电压分量(uq)分别与无功功率调节器的输出信号和经解耦的有功分量的差作为所述的脉宽调制电路的无功控制信号。
6.一种使用如权利要求1所述的恒流恒压调节器的充电器，包括电流调节器(IBATT_reg)、电压调节器(VBATT_reg)和脉宽调制电路(PWM)，用以调节充电器的输出电压和电流，恒流输出目标值(IBATT_ref)和实际电流值(IBATT)作为电流调节器(IBATT_reg)的输入信号，参考电压值(VBATT_ref)和实际输出电压(VBATT)作为电压调节器(VBATT_reg)的输入信号，电压调节器(VBATT_reg)的输出信号直接或间接接至脉宽调制电路，其特征是所述的电流调节器(IBATT_reg)与电压调节器(VBATT_reg)相串联，电流调节器(IBATT_reg)的输出值作为改变电压调节器(VBATT_reg)的输出目标值的设定依据。
7.如权利要求6所述的充电器，其特征是所述的实际电流值(IBATT)为检测的直流稳定电源输出的平均电流值，电流调节器(IBATT_reg)的输出值作为电压调节器(VBATT_reg)的电压参考变化量(ΔVBATT_ref)，它与直流稳定电源的输出电压目标值(VBATT_obj)的和作为电压调节器的参考电压值(VBATT_ref)。
8.如权利要求6或7所述的恒流恒压充电器，其特征是所述的恒流恒压调节器还包括限幅电路，所述的限幅电路串联于电流调节器(IBATT_reg)与电压调节器(VBATT_reg)之间，所述的电流调节器(IBATT_reg)为非线性调节器，其控制模式为继电器模式。
9.如权利要求6所述的恒流恒压充电器，其特征是还包括切换逻辑，所述的电流调节器为线性调节器，电流调节器(IBATT_reg)通过切换逻辑与电压调节器(VBATT_reg)相连，所述的实际电流值(IBATT)为检测的直流稳定电源输出的平均电流值，电流调节器(IBATT_reg)的输出值作为电压调节器(VBATT_reg)的电压参考变化量(ΔVBATT_ref)，它与充电电压目标值(VBATT_obj)的和作为电压调节器(VBATT_reg)的参考电压值(VBATT_ref)；所述的切换逻辑如下当该恒流恒压调节器所调节的直流稳定电源的输出电流比恒流输出目标值(IBATT_ref)高时，接通电流调节器(IBATT_reg)，使输出电流维持在恒流输出目标值(IBATT_ref)；当该直流稳定电源的输出电压接近均充电压目标值以后，断开电流调节器(IBATT_reg)；当所调节的直流稳定电源为初次上电时，电流调节器(IBATT_reg)断开。
全文摘要
本发明提出一种恒流恒压调节器及使用该恒流恒压调节器的充电器,调节器包括电流调节器、电压调节器和脉宽调制电路,恒流输出目标值和实际电流值作为电流调节器的输入信号,参考电压值和实际输出电压作为电压调节器的输入信号,电压调节器的输出信号直接或间接接至脉宽调制电路,其特征是:所述的电流调节器与电压调节器相串联,电流调节器的输出值作为改变电压调节器的输出目标值的设定依据。通过调节充电器输出电压间接控制充电电流,从而避免由于逻辑电路切换造成的振荡,又实现恒流恒压控制。
文档编号G05F1/46GK1372177SQ0211501
公开日2002年10月2日 申请日期2002年3月28日 优先权日2002年3月28日
发明者杨志洵, 刘平, 万和平 申请人:艾默生网络能源有限公司