[发明专利]一种追踪最高效率点的IPOS直流充电电源

说明书

本发明公开了一种追踪最高效率点的IPOS直流充电电源，包括一个PWM型变换器和一个LLC谐振型变换器，所述PWM型变换器和LLC谐振型变换器输入端并联，输出端串联(Input Parallel Output Series，IPOS)，所述PWM型变换器的电压反馈信号取自IPOS直流充电电源总的输出电压，所述LLC谐振型变换器通过PWM型变换器追踪总输出电压的变化而实现最高效率点追踪，由于所述LLC谐振型变换器工作在最高效率点且其传输的功率在整个直流充电电源中的占比很大，从而实现了IPOS充电电源整机最高效率点的追踪。

技术领域

本发明涉及电力电子技术及其应用领域，具体涉及一种具有最高效率点追踪能力的由PWM型变换器和LLC谐振型变换器输入并联，输出串联构成的IPOS直流充电电源。

背景技术

用于对蓄电池进行充电的直流充电电源，其设计方案大多采用脉冲宽度调节(PulseWideModulation，PWM)变换器实现。这类变换器有较宽的输出电压调节范围，但存在开关损耗大，电能转换效率偏低的问题。随着上世纪90年代LLC谐振变换器的出现，越来越多的学者和工程师被其出色的效率表现吸引，进行了大量理论和应用研究，现已在服务器组电源、通信电源等恒定电压输出的应用场合得到广泛应用。但是在宽电压调节范围应用中LLC谐振变换器还存在需要优化的地方：LLC谐振变换器是一种脉冲频率调节(PulseFrequencyModulation，PFM)变换器，通过调节频率来实现输出功率调节。LLC谐振变换器工作在谐振频率点时能获得最高效率，因此，谐振频率点就是LLC谐振变换器的最高效率点。当LLC谐振变换器的工作频率偏离谐振频率点，其电能转换效率会下降，因此在宽输出电压调节范围的应用中，LLC谐振变换器不能一直维持在谐振频率点附近，因此造成综合效率不理想的设计难题。

为实现LLC谐振变换器的效率优化，文献《Maximum Efficiency PointTrackingTechnique forLLC-BasedPEVChargers ThroughVariableDC LinkControl》(IEEETransactions on Industrial Electronics，2014，61(11)，pp：6041-6049)给出了一种有源功率因数校正(APFC)和LLC谐振变换器两级级联的电动汽车充电电源的设计方案，该方案中APFC的输出电压作为LLC谐振变换器的输入电压，通过APFC调节LLC谐振变换器的输入直流母线电压来实现输出电压的调节，从而使得LLC谐振变换器在整个充电过程一直保持在谐振频率点附近，实现了最高效率点追踪，不但提高了变换器的重载效率，也提高了变换器的轻载效率。不过这种方法也有存在一些问题：首先，APFC电路需采用能升降压的拓扑，当APFC工作在降价模式时，总谐波失真(Total Harmonic Distortion，THD)会增大；第二，这种方案不适合输入为直流的应用场合，例如光伏系统中的应用；第三，直流母线上一般都有较大的滤波电容，电容端电压变化慢，因此输出电压的动态响应速度慢。

发明专利《基于IPOS直流升压的光伏汇集接入系统协调控制方法》(申请公布号：CN 107634541 A)中虽然也采用了IPOS直流升压全桥隔离DC/DC子模块，但其是由多个完全相同的变换器模块组成的IPOS电源，且控制方式为最大功率追踪，而不是最高效率追踪。

针对上述设计难题，本发明给出了一种具有最高效率点追踪的IPOS直流充电电源，既能实现宽输出电压调节范围，同时又能保持电源系统工作在最高效率，特别适用于类似电动汽车充电桩之类的直流充电电源应用。

发明内容

本发明为克服现有技术中的缺陷，提供了一种追踪最高效率点的IPOS直流充电电源，既能实现宽输出电压调节范围，同时又能保持电源系统工作在最高效率点。具体采用如下技术方案：