单级隔离型AC-DC变换器的控制方法、控制装置及充电系统与流程

本公开涉及电学，更具体地涉及一种单级隔离型ac-dc变换器的控制方法、控制装置、以及充电系统。

背景技术：

1、电动汽车在单相电网电压输入时的车载充电系统作为汽车和电网能量交互的接口，其成本、功率密度和并网电流谐波控制效果等指标均是当今研究的热点问题。其中，单相ac-dc变换器由于其高效率、低成本和高可靠性在车载充电系统中得到广泛应用。

2、当变换器需要电气隔离和输入/输出的高电压转换比时，传统的解决方案是使用前级的单相pfc整流器和后级的隔离dc-dc变换器的两级式拓扑架构。然而，传统解决方案的效率受到两级式功率变换的限制，同时需要更多的有源和无源功率器件及更复杂的控制回路，从而提高了系统的成本。另外，两级式方案通常会在直流母线上采用大容量的电解电容以缓冲两级之间的能量，这会进一步影响系统的寿命和功率密度。此外，部分传统的单级隔离型ac-dc方案受拓扑结构影响，在功率较大的工况下会存在电流畸变的问题。

3、对此，单级式拓扑架构融合了前级ac-dc与后级dc-dc网侧的部分，电气隔离和能量转换通过一级电能变换实现。与传统的两级式结构相比，采用单级式结构可以减少网侧开关管数量、降低开关管损耗及系统复杂度，在传输效率、能量密度及可靠性方面具有更佳性能。然而，现有的单级式结构的网侧变换器输出电压通常与电网电压相关，使得系统整体抗干扰能力变弱、系统效率下降、充电电流纹波变大。

4、因此，希望能够减小单级隔离型ac-dc变换器的网侧电流畸变，从而提高充电系统的抗干扰能力及充电效率。

技术实现思路

1、本公开的目的正在于克服现有技术中的上述和/或其他问题，其提供了一种单级隔离型ac-dc变换器的控制方法、控制装置及充电系统，通过在网侧电流控制环路中直接计算前馈分量进行前馈控制，减小网侧电流的谐波分量，提高网侧的电能质量的同时得到稳定的直流输出电压，使得充电系统更适合大范围接入电网的应用。

2、为实现上述目的，本公开提供了一种单级隔离型ac-dc变换器的控制方法，利用网侧电流控制环路和直流电压控制环路来控制所述变换器的开关频率，在所述网侧电流控制环路中，计算前馈分量进行前馈控制，在所述直流电压控制环路中，控制所述直流电压使其跟随规定值变化，基于所述网侧电流控制环路的输出即所述前馈分量、所述直流电压控制环路的输出、以及所述变换器中的谐振回路的谐振频率，得出所述开关频率。

3、一些实施例中，在所述网侧电流控制环路中，根据下式计算所述前馈分量：

4、

5、其中，fs*：所述前馈分量；

6、n：所述变换器中的变压器的变比；

7、udc：所述变换器输出的所述直流电压；

8、q：所述谐振回路的品质因数；

9、k：所述谐振回路的电感比；

10、fr：所述谐振回路的谐振频率，满足fr＝1/[2π(lrcr)1/2]，其中，lr为谐振电感，cr为谐振电容；

11、fs：所述变换器的开关频率；

12、us：输入到所述变换器的单相电网的输入电压的正向峰值；

13、ω：所述输入电压的谐振角频率。

14、一些实施例中，在计算所述前馈分量时，控制所述变换器的开关频率fs的波动分量与1/(1-us/2um)成正比，

15、其中，us：所述输入电压；

16、um：母线电压。

17、一些实施例中，在所述网侧电流控制环路中，通过基于二阶广义积分器的锁相环(sogi-pll)来调节所述输入电压的谐振角频率，进而得出所述前馈分量。

18、一些实施例中，所述开关频率通过将所述前馈分量、所述直流电压控制回路的输出、以及所述谐振回路的谐振频率叠加得到，基于所述开关频率进行变频调制，得到所述开关管各自的开关信号。

19、一些实施例中，在所述直流电压控制环路中，通过pi(proportional integral：比例积分)控制，使得所述直流电压跟随规定值变化。本公开的另一方面，还提供了一种单级隔离型ac-dc变换器的控制装置，包括：网侧电流控制模块，该网侧电流控制模块基于输入到所述变换器的单相电网的输入电压计算前馈分量，以对所述变换器的网侧电流环路进行前馈控制；直流电压控制模块，该直流电压控制模块控制所述直流电压使其跟随规定值变化；开关频率计算模块，该开关频率计算模块基于所述网侧电流控制模块的输出、所述直流电压控制模块的输出、以及所述变换器中的谐振回路的谐振频率，计算所述变换器的开关频率；以及开关信号生成模块，该开关信号生成模块基于所述开关频率，对所述变换器中的构成驱动电桥的两个开关管生成开关信号。

20、一些实施例中，在所述网侧电流控制模块中，根据下式计算所述前馈分量：

21、

22、其中，fs*：所述前馈分量；

23、n：所述变换器中的变压器的变比；

24、udc：所述变换器输出的所述直流电压；

25、q：所述谐振回路的品质因数；

26、k：所述谐振回路的电感比；

27、fr：所述谐振回路的谐振频率，满足fr＝1/[2π(lrcr)1/2]，其中，lr为谐振电感，cr为谐振电容；

28、fs：所述变换器的开关频率；

29、us：所述输入电压的正向峰值；

30、ω：所述输入电压的谐振角频率。

31、一些实施例中，还包括开关频率控制模块，用于控制所述变换器的开关频率fs的波动分量与1/(1-us/2um)成正比，

32、其中，us：所述输入电压；

33、um：母线电压。

34、本公开的另一方面，还提供了一种充电系统，包括：单级隔离型ac-dc变换器；以及上述任一种控制装置。根据本公开的单级隔离型ac-dc变换器的控制方法、控制装置、以及充电系统，通过直接计算的前馈控制方法实现电网侧输入电流的功率因数校正，能够减小输入电流中的谐波分量，提高网侧的电能质量，有利于提高变换器的可靠性和运行效率，且使得充电系统更适合大范围接入电网的应用。

技术特征：

1.一种单级隔离型ac-dc变换器的控制方法，所述变换器将单相电网的输入电压变换为直流电压，其特征在于，

2.如权利要求1所述的单级隔离型ac-dc变换器的控制方法，其特征在于，

3.如权利要求2所述的单级隔离型ac-dc变换器的控制方法，其特征在于，

4.如权利要求1至3中的任一项所述的单级隔离型ac-dc变换器的控制方法，其特征在于，

5.如权利要求1至3中的任一项所述的单级隔离型ac-dc变换器的控制方法，其特征在于，

6.如权利要求1至3中的任一项所述的单级隔离型ac-dc变换器的控制方法，其特征在于，

7.一种单级隔离型ac-dc变换器的控制装置，其特征在于，包括：

8.如权利要求7所述的单级隔离型ac-dc变换器的控制装置，其特征在于，

9.如权利要求8所述的单级隔离型ac-dc变换器的控制装置，其特征在于，

10.一种充电系统，其特征在于，包括：

技术总结本公开提供了一种单级隔离型AC‑DC变换器的控制方法、控制装置、以及充电系统，利用网侧电流控制环路和直流电压控制环路来控制所述变换器的开关频率，在所述网侧电流控制环路中，计算前馈分量进行前馈控制，在所述直流电压控制环路中，控制所述直流电压使其跟随规定值变化，基于所述网侧电流控制环路的输出即所述前馈分量、所述直流电压控制环路的输出、以及所述变换器中的谐振回路的谐振频率，得出所述开关频率。本公开能够减小单级隔离型AC‑DC变换器的网侧电流畸变，提高充电系统的抗干扰能力及充电效率。技术研发人员：苑士鑫,成瀚,刘贤,郭冬寿,刘兵仁受保护的技术使用者：宁波公牛新能源科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/25