[发明专利]高电压超级电容动力电池充电器

说明书

技术领域

本发明涉及一种电能转换装置，尤其涉及一种具有直流高电压输出、高转换效率的充电装置，适用于宽范围电压输入、高电压限流直流输出供电的有高功率密度要求的供电/充电要求的应用领域。

背景技术

目前，采用新电解质和工艺的高电压超级电容动力电池是贮能特性介于普通电容器和蓄电池之间的一种新兴的贮能元件。它具有能量密度高、大电流放电能力超强，电能利用率高达95％(排除电能/化学能的转化损耗)、充电时间短、安全(不存在易燃易爆物质，不会爆炸)、使用寿命长(10～50万次的充电循环)、检测方便(剩余电量可直接读出)的优异特性，可以满足多种用电设备对电源提出的功率密度和能量密度的要求，提供强大的二次电源。

因此，当今高电压超级电容动力电池与日俱增地应用于诸如风力发电系统做能量吸收储备、风机变桨等新兴绿色能源等领域，对适应高电压超级电容动力电池充电特性的、保护功能完整的高效率高压充电器提出了需求。

本发明中涉及以下现有技术：

DC/DC概念是指将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压，这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制获得加速平稳、快速响应的性能，并同时收到节约电能的效果。用直流斩波器代替变阻器可节约电能(20～30)％。直流斩波器不仅能起调压的作用(开关电源)，同时还能起到有效地抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

EMC滤波器，又名“电磁兼容性滤波器”，主要用于仪器仪表、自动化控制系统中，用来抑制和消除工业自动化系统现场的强电磁干扰和电火花干扰，勘正现场仪器仪表，保证自动化控制系统的安全可靠运行。

ZVS，零电压开关(Zero Voltage Switch)PWM开关电源按硬开关模式工作(开/关过程中电压下降/上升和电流上升/下降波形有交叠)，因而开关损耗大。高频化虽可以缩小体积重量，但开关损耗却更大了。为此，必须研究开关电压/电流波形不交叠的技术，即所谓零电压开关(ZVS)/零电流开关(ZCS)技术，或称软开关技术，小功率软开关电源效率可提高到80％～85％。20世纪70年代谐振开关电源奠定了软开关技术的基础。随后新的软开关技术不断涌现，如准谐振(20世纪80年代中)全桥移相ZVS-PWM，恒频ZVS-PWM/ZCS-PWM(上世纪80年代末)ZVS-PWM有源嵌位；ZVT-PWM/ZCT-PWM(20世纪90年代初)全桥移相ZV-ZCS-PWM(20世纪90年代中)等。我国已将最新软开关技术应用于6kW通信电源中，效率达93％。

有鉴于此，本领域发明人提供了一种具有直流高电压输出、高转换效率的充电装置，适用于宽范围电压输入、高电压限流直流输出供电的有高功率密度要求的供电/充电要求的应用领域。

发明内容

有鉴于此，本发明所要解决的技术问题是提供一种高电压超级电容动力电池充电器，克服现有技术的困难，针对高电压超级电容动力电池的充电特性，具有高输出电压和限流功能的、宽范围电压输入、高效率、高功率密度、保护功能齐全的优点。

为实现上述目的，本发明提供了一种高电压超级电容动力电池充电器，包括功率变换主回路和控制回路；

所述功率变换主回路包括依次连接的一个交流输入端、一个将输入工频交流电转换为脉动直流电的全桥整流电路、一个将脉动直流电压转换为稳定直流电压的有源功率因数升压变换器、一个将稳定直流电压转换为高频脉冲的DC/DC功率变换器以及一个直流输出端；所述控制回路包括分别与一个辅助电源连接的一个高功率因数控制器以及一个DC/DC变换器控制器；所述高功率因数控制器的输出端连接所述有源功率因数升压变换器的输入端；所述DC/DC变换器控制器的输出端连接所述DC/DC功率变换器的输入端。

优选地，所述功率变换主回路还包括一个输入端EMC滤波器和一个输出端EMC滤波器，所述输入端EMC滤波器设置在所述交流输入端与所述全桥整流电路之间的电路上；所述输出端EMC滤波器设置在所述DC/DC功率变换器与所述直流输出端之间的电路上。

优选地，所述功率变换主回路还包括两个防雷浪涌吸收电路，其中一个防雷浪涌吸收电路设置在所述输入端EMC滤波器与所述全桥整流电路之间的电路上；另一个防雷浪涌吸收电路设置在所述全桥整流电路与所述有源功率因数升压变换器之间的电路上。

优选地，所述功率变换主回路还包括一个高频整流滤波电路，设置在所述DC/DC功率变换器与所述输出端EMC滤波器之间的电路上。