高壓恒流充電電源控制方法的探究

張捷

摘要：高壓恒流充電電源實際運行過程，對其控制方法有著極高要求，為滿足實際的要求，就務必要積極落實高壓恒流充電電源內部控制系統相關設計研究工作，便于提出最具可行性及有效性的高壓恒流充電電源的控制方法。鑒于此，本文主要圍繞高壓恒流充電電源的有效控制方法開展深入的研究和探討，僅供參考。

關鍵詞：充電電源;高壓恒流;控制方法;

前言

PI模糊性控制方法，其從屬于電源控制領域當中一種有效性較為突出的方法，將其作為高壓恒流充電電源的控制方法廣泛運用，對維持高壓恒流充電電源穩定可靠地運行來說可起到基礎保障作用。因而，綜合分析高壓恒流充電電源的有效控制方法，有著一定的現實意義和價值。

1、關于高壓恒流充電電源的原理概述

高壓恒流充電電源主電路實行串聯諧波式變換裝置拓撲結構，電源分為高壓、低壓兩個部分。高壓部分以高壓電容、高壓變壓裝置、整流裝置為主。低壓部分以逆變裝置電路、驅動及保護電路為主;高壓恒流充電電源運作原理，即輸入三相的交流電壓，經短路裝置開關輸出至濾波整流相應電路當中，經濾波裝置將干擾信號濾去，整流裝置予以整流過后提供穩定性較高直流電壓逐漸輸入至全橋的逆變電路內部，全橋的逆變電路將電壓輸出再經高壓變壓裝置升壓過后予以輸出，電流值次數仍維持恒定，所輸出電流值經現場測試，經光電耦合裝置輸入至控制電路，控制電路獲取電流值和系統所給定的電流值實施對比分析，借助PWM控制裝置對占空比實施調節方式來對電流實施有效調節，恒流充電得以實現[1]。

2、控制方法分析

2.1 在PI模糊性控制層面

PI模糊性控制系統當中，以PI模糊性控制裝置為核心，可實現模糊化、模糊推理分析、解模糊化。選定三角形相應隸屬度的函數，設所輸出電流的設定至和檢測值差值是e，并設差值的變化率ec，所輸出的控制量設U。所輸出的電流偏差e，偏差變化率為ec與輸出量U基本論域即-5%～5%，量化論域[-5，5]，模糊集合合理劃分成PB（正大）、PS（正小）、ZO（零）、NB（負大）、NS（負小）。結合高壓恒流充電電源基本特性及其控制方法實操經驗，模糊規則確立要求詳細包含：一是，應當考慮到所輸出電流偏差e<0條件下，e值若負大，偏差變化率ec值同樣為負條件下，偏差e值呈增加趨勢，為對偏差e值不斷增加起到抑制或消除作用，則所輸出的控制量U應當為正大;二是，所輸出電流偏差e<0、偏差變化ec>0條件下，系統自身偏差呈縮小趨勢，為盡快將偏差消除，確保不會發生超調情況，則所輸出的控制量U應當為較小值[2];三是，所輸出電流偏差e值若為負小條件下，系統比較接近于穩態，偏差變化ec<0條件下，其控制量U變化取正值，對偏差向負方向發展產生抑制作用。偏差變化ec>0條件下，系統自身呈負小偏差消除態勢，故所輸出的控制量U應當為正小值。借助模糊規則所推理分析出的結果，可獲取所輸出的模糊集合，但控制每個輸出量應當是精確值，故所輸出的模糊集當中務必解出最能代表其模糊集的一個清晰點，上述為解模糊化核心任務;針對解模糊化基本原則，即為以小的計算量為基礎，確保應用過程可實現實時化控制，包含重心、最大值、中心平均、TSK等算法。重心法相比較其余方法，可更平滑地實現所輸出的推理控制，即為所輸出信號伴隨輸入信號發生微弱變化呈一定的變化趨勢，故此次以重心法為基礎，實施PI模糊行控制方法輸出量的判決。對U論域當中每個元素，均存在表1當中規則。

2.2 在控制方法的仿真分析層面

此次所設計高壓恒流充電電源的PI模糊性控制方法當中，模糊控制裝置及PI模糊性控制裝置實行串聯方式，控制本質為以模糊性控制技術所產生變化PI充電的控制裝置參數KP、KI，促使高壓恒流充電電源所輸出電流呈更高控制精度。結合圖1當中系統仿真的電路模型示意圖可了解到，所有元件處于理想狀態條件下，諧振電容、諧振電感、負載電容所構成LC的振動電路，以動態方程予以表述，求出系統的傳遞函數，即為G（s）=。

結合PI模糊性控制方法總體結構及其電路基本原理，處于Matlab ＼Simulink條件之下，實施仿真模型搭建，結合系統性能和經驗值等，e取值為1、ec 取值為0.4。借助PI模糊性控制基礎仿真模型，仿真分析平均的充電電流總體波形圖，詳見圖2～3。從圖中即可了解到，開關頻率處于18kHz條件下，啟動期間，充電電流實際超調量是16.7% ，經20ms后的電流值則穩定于300m A;開關頻率處于20kHz條件下，啟動期間，充電電流實際超調量是3% ，經15ms后的電流值則穩定于340m A;對比分析兩圖后了解到，開關頻率處于20k Hz條件下該充電電流的仿真波形，呈較小超調量，系統達穩定時間相對較短，呈高充電效率及優良恒流特性，所設開關頻率正確性得以驗證。故對高壓恒流充電電源實行PI模糊性控制方法，應用過程穩定性優良，線性充電效果可以達到，且與實際的應用系統各項要求相符合。

2.3 在充電測試層面

為驗證分析高壓恒流充電電源針對高壓電容的充電可行性，圍繞高壓電容實施充電實驗，將實驗平臺搭建起來，此實驗平臺內含恒流式充電電源、高壓電纜、高壓電容、分壓器及示波器等各種器件[3]。高壓電容裝置耐壓值是100kV，且電容量則是0.12μF;針對于分壓裝置的分壓比設1：100000，設衰減比是1：0.5;針對于示波裝置實行Tektronicx DPO4104B，電容兩端和高壓恒流充電電源的正負極有效連接到一起，開關啟動后，高壓恒流充電電源則向電容持續充電，待充電有一段時間過后，測定可得電容電流及電壓情況后可了解到，充電電流無衰減現象存在，充電時間持續15ms，其電流值則穩定于0.34A，電壓線性可充電到60kV，這與系統實際的控制需求相吻合，充電高壓恒流這一特性得以嚴重，充分證明充電電源線性的充電性能良好，可滿足于實際的應用需求。

3、結語

綜上所述，通過此次對于高壓恒流充電電源的有效控制方法所開展分析可了解到，故對高壓恒流充電電源實行PI模糊性控制方法，其不僅在應用整個過程當中呈現優良的穩定性，具備突出的線性充電特性，且與實際的應用系統各項要求相符合，可行性及有效性較為突出，值得持續推廣及運用。

參考文獻：

[1] 譚強， 高迎慧， 劉坤，等. 基于電池組級聯的高壓恒流電源電流控制方法研究[J]. 電工電能新技術， 2020， 39（059）：855-856.

[2] 劉衛東， 郭英鵬， 孫濤. 高壓恒流電源對濕電場的適應及提效特性研究[J]. 燒結球團， 2021， 46（003）：624-625.

[3] 許赟， 魯超， 何凱文，等. 基于狀態平面模型的多模態恒功率諧振電容器充電電源研究[J]. 中國電機工程學報， 2020， 40（007）：911-912.