阅读说明：本技术 功率调节方法、装置和充电设备 (Power regulation method and device and charging equipment ) 是由 范杨平 陈敬庚 王立 孙利辉 于 2019-10-24 设计创作，主要内容包括：本发明的实施例提供了一种功率调节方法、装置和充电设备,涉及开关电源技术领域。该功率调节装置包括功率变换器和阻尼补偿电路,阻尼补偿电路并联于功率变换器的输入端,阻尼补偿电路通过输入线缆与电源电连接；功率变换器用于获取其输入端的当前电压信号,并根据当前电压信号与预设功率限制曲线调节功率变换器的当前输入功率；其中,预设功率限制曲线根据阻尼补偿电路的阻尼参数、预设限制功率和零功率电压确定,阻尼参数根据输入线缆的线路参数确定。通过在功率变换器的输入端并联阻尼补偿电路,当功率变换器工作在长距离输入线缆低压大功率的情况下时,能够抑制功率变换器的输入震荡,以及增强充电设备的带载能力。(The embodiment of the invention provides a power adjusting method, a power adjusting device and charging equipment, and relates to the technical field of switching power supplies. The power regulating device comprises a power converter and a damping compensation circuit, wherein the damping compensation circuit is connected in parallel with the input end of the power converter, and is electrically connected with a power supply through an input cable; the power converter is used for acquiring a current voltage signal of an input end of the power converter and adjusting the current input power of the power converter according to the current voltage signal and a preset power limit curve; the preset power limiting curve is determined according to damping parameters of the damping compensation circuit, preset limiting power and zero-power voltage, and the damping parameters are determined according to line parameters of the input cable. By connecting the damping compensation circuit in parallel at the input end of the power converter, when the power converter works under the condition of low-voltage and high-power of a long-distance input cable, the input oscillation of the power converter can be restrained, and the loading capacity of the charging equipment can be enhanced.)

功率调节方法、装置和充电设备

技术领域

本发明涉及开关电源技术领域，具体而言，涉及一种功率调节方法、装置和充电设备。

背景技术

目前的DC-DC(Direct current-Direct current，直流-直流)变换器的输入滤波器因过多使用陶瓷电容会产生谐振，进而在低压大功率情况时，会出现不稳定现象。同时，由于DC-DC变换器的输入线缆阻抗压降大，会使得DC-DC变换器的输入端口的电压波动很大，使得DC-DC变换器的带载调整率很差，且不能自适应的调整输出功率。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种功率调节方法、装置和充电设备，其能够解决充电设备带载调整率差，以及电压不稳定的问题。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明实施例提供一种功率调节装置，包括功率变换器和阻尼补偿电路，所述阻尼补偿电路并联于所述功率变换器的输入端，所述阻尼补偿电路通过输入线缆与电源电连接；

所述功率变换器用于获取输入端的当前电压信号，并根据所述当前电压信号与预设功率限制曲线调节所述功率变换器的当前输入功率；其中，所述预设功率限制曲线根据所述阻尼补偿电路的阻尼参数、预设限制功率和零功率电压确定，所述阻尼参数根据所述输入线缆的线路参数确定。

第二方面，本发明实施例提供一种功率调节方法，应用于功率变换器，所述功率变换器的输入端并联有阻尼补偿电路，所述阻尼补偿电路通过输入线缆与电源电连接，所述方法包括：

获取所述功率变换器的输入端的当前电压信号；

根据所述当前电压信号与预设功率限制曲线调节所述功率变换器的当前输入功率；其中，所述预设功率限制曲线根据所述阻尼补偿电路的阻尼参数、预设限制功率和零功率电压确定，所述阻尼参数根据所述输入线缆的线路参数确定。

第三方面，本发明实施例提供一种充电设备，包括如前述实施方式的功率调节装置。

本发明实施例的有益效果包括，通过在功率变换器的输入端并联阻尼补偿电路，当功率变换器工作在长距离输入线缆低压大功率的情况下时，能够抑制功率变换器的输入震荡，以及增强充电设备的带载能力。同时，通过设置预设功率限制曲线，能够让功率变换器根据稳定安全情况，自适应的调整当前输入功率，进而实现输出功率的自适应调整。且由于预设功率限制曲线根据阻尼补偿电路的阻尼参数确定，能够将功率变换器的输入功率限制在安全稳定区，进而消除不稳定因素。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明实施例提供的充电设备的结构框图；

图2为本发明实施例提供的功率调节装置的结构框图；

图3为本发明实施例提供的功率调节装置的等效模型示意图；

图4为本发明实施例提供的交流模型的等效示意图；

图5为本发明实施例提供的功率调节方法的流程示意图。

图标：100-充电设备；110-功率调节装置；111-功率变换器；112-阻尼补偿电路；120-输入线缆；200-电源；300-负载。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

请参考图1，为本实施例提供的充电设备100的一种可实施的结构框图，该充电设备100包括功率调节装置110，功率调节装置110通过输入线缆与电源200电连接，功率调节装置110与负载300电连接。功率调节装置110用于将电源200提供的源电压进行转换得到工作电压，并将工作电压提供至负载300，以便负载300进行充电。

其中，电源200可以是充电桩；负载300可以是电动汽车、电动公交车等；源电压可以是三相自然整流电压。

请参照图2，为图1所示的功率调节装置110的一种可实施的结构框图。该功率调节装置110包括功率变换器111和阻尼补偿电路112，阻尼补偿电路112并联于功率变换器111的输入端，阻尼补偿电路112通过输入线缆120与电源200电连接。

在本实施例中，功率变换器111用于获取其输入端的当前电压信号，并根据当前电压信号与预设功率限制曲线调节功率变换器111的当前输入功率；其中，预设功率限制曲线根据阻尼补偿电路112的阻尼参数、预设限制功率和零功率电压确定，阻尼参数根据输入线缆120的线路参数确定。

可以理解，功率变换器111用于根据当前电压信号和预设功率限制曲线获得当前电压信号对应的当前功率，并根据当前功率调节功率变换器111的输入功率。换言之，预设功率限制曲线包括多个电压值和每个电压值对应的功率值，即多个电压值和每个电压值对应的功率值构成了为连续性函数曲线的预设功率限制曲线。其中，多个电压值为功率变换器111的输入端的不同的电压信号对应的电压值，功率值则对应为功率变换器111的输入端的不同的电压信号时对应的输入功率。

进一步地，如图3所示，阻尼补偿电路112包括阻尼电阻R_-damp和阻尼电容C_-damp，阻尼电阻R_-damp的一端与功率变换器111的输入端和输入线缆120均电连接，阻尼电阻R_-damp的另一端与阻尼电容C_-damp的一端电连接，阻尼电容C_-damp的另一端与功率变换器111的输入端和输入线缆120均电连接。可以理解，阻尼电阻R_-damp的一端与功率变换器111的输入端的正极电连接，阻尼电阻R_-damp的一端还通过输入线缆120与电源200的正极电连接，阻尼电容C_-damp的另一端与功率变换器111的输入端的负极电连接，阻尼电容C_-damp的另一端还通过输入线缆120与电源200的负极电连接。其中，图3所示的r为输入线缆120的等效电阻，L为输入线缆120的等效电感，rc为功率变换器111输入电容的等效串联电阻，C为功率变换器111的输入电容，Rin为功率变换器111的输入电阻的等效交流小信号。

在本实施例中，阻尼参数包括阻尼电阻R_-damp的阻值和阻尼电容C_-damp的容值，输入线缆120的线路参数包括输入线缆120的等效电阻的值和等效电感的值。

在本实施例中，输入线缆120的等效电阻的值和等效电感的值可以根据输入线缆120的材质、长度、粗细和面积计算得到。在另一种实施方式中，输入线缆120的等效电感的值还可以根据经验公式估算得到，即按照双线2mH/km估算得到。

在本实施例中，阻尼电阻R_-damp的阻值和阻尼电容C_-damp的容值可以通过交流模型扫描得到。请参照图4，为交流模型的一种可实施的等效示意图，交流模型包括第一电感L1、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第一电容C1、第二电容C2和交流源I1，第一电感L1的一端接地，第一电感L1的另一端与第一电阻R1的一端电连接，第一电阻R1的另一端与第四电阻R4的一端和第一电容C1的一端和交流源I1的正极均电连接，第四电阻R4的另一端与第二电阻R2的一端和第二电容C2的一端均电连接，第一电容C1的另一端与第三电阻R3的一端电连接，第二电阻R2的另一端、第二电容C2的另一端、第三电阻R3的另一端和交流源I1的负极均接地。

可以理解，第一电感L1为输入线缆120的等效电感，第一电阻R1为输入线缆120的等效电阻，第四电阻R4为阻尼电阻R_-damp，第二电容C2为阻尼电容C_-damp，第一电容C1为功率变换器111的输入电容，第三电阻R3为功率变换器111输入电容的等效串联电阻。

在本实施例中，先根据已知的输入线缆120的等效电感、等效电阻、功率变换器111的输入电容以及功率变换器111输入电容的等效串联电阻的值设置交流模型第一电感L1的值、第一电阻R1的值、第一电容C1的值及第三电阻R3的值。由于阻尼电容C_-damp的作用为隔直作用，原则上越大越好，故第二电容C2一般可取10Cin，具体可根据实际限制情况调整。然后，将阻尼电阻R_-damp作为一个变量，设定第四电阻R4的取值范围，生成一组横坐标为频率、纵坐标为电压的扫描曲线，将多个扫描曲线中峰值最小的曲线对应的第四电阻R4的值确定为阻尼电阻R_-damp的最佳值。当然，还可以根据实际情况进一步地调整阻尼电阻R_-damp的值，例如，实际电阻的选型以及冲击电流等。

其中，功率变换器111的输入电容以及功率变换器111输入电容的等效串联电阻的值在制作功率变换器111时就已确定，单个功率变换器111的输入电容的值一般为220uF，单个功率变换器111的等效串联电阻的值为0.5ohm，在实际使用时，可以采用多个功率变换器111直接并联的形式。交流源I1可提供1A的电流。

在本实施例中，可以先确定单个阻尼补偿电路112的阻尼参数，在实际使用时，可以采用多个阻尼补偿电路112直接并联的形式以增强性能，即在实际使用时，只需确定阻尼补偿电路112的数量。

在本实施例中，可以通过检验不同数量的阻尼补偿电路112的情况下阻尼补偿电路112的输出阻抗变化，进而确定阻尼补偿电路112的安全输出功率，根据阻尼补偿电路112的安全输出功率、预设限制功率和零功率电压就能确定预设功率限制曲线。其中，阻尼补偿电路112的输出阻抗为不同数量的阻尼补偿电路112并联后计算得到的多个阻尼电阻R_-damp并联后的值。

可以理解，确定阻尼补偿电路112的安全输出功率可以先根据阻尼补偿电路112的临界电阻值计算得到临界输入功率，再将临界输入功率进行降额处理得到安全输出功率。可以将临界输入功率乘以0.7的系数进行降额处理得到安全输出功率，对临界输入功率进行降额处理使得功率变换器111能够有足够的反应时间进行功率调节，防止功率变换器111的当前输入功率超过安全稳定区的最大功率，使得功率变换器111能够一直运行在安全稳定区，不会出现电压震荡的情况。

其中，阻尼补偿电路112的临界电阻值可以根据阻尼补偿电路112的输出阻抗求取，将阻尼补偿电路112的输出阻抗分为直流、谐振及中频阻尼，将直流、谐振及中频阻尼中的最大值确定为阻尼补偿电路112的临界电阻值。阻尼补偿电路112的直流、谐振及中频阻尼可以根据以下公式计算得到：

其中，Z_outlrc表示阻尼补偿电路112、输入线缆120和功率变换器111的输入电容组成的LRC滤波器的输出阻抗的值，C_damp表示阻尼补偿电路112的阻尼电容C_-damp的值，R_damp表示阻尼补偿电路112的阻尼电阻R_-damp的值，L表示输入线缆120的等效电感的值，r表示输入线缆120的等效电阻的值，ω表示LRC滤波器的频率。且由于功率变换器111的输入电容很小，在计算LRC滤波器的输出阻抗时，可以忽略不计。

当ω＝0时，LRC滤波器的输出阻抗即为阻尼补偿电路112的直流阻尼，且LRC滤波器的输出阻抗的取值为输入线缆120的等效电阻的值。当ω＝0时，可以理解为输入线缆120的等效电感短路，阻尼补偿电路112的阻尼电容C_-damp开路。当时，LRC滤波器的输出阻抗即为阻尼补偿电路112的谐振点阻尼，且LRC滤波器的输出阻抗的取值通过以下表达式计算得到：

当ω＝∞时，LRC滤波器的输出阻抗即为阻尼补偿电路112的中频阻尼，且LRC滤波器的输出阻抗的取值为阻尼补偿电路112的阻尼电阻R_-damp的值。当ω＝∞时，可以理解为阻尼补偿电路112的阻尼电容C_-damp短路，输入线缆120的等效电感开路。

在本实施例中，在直流场合，由于功率变换器111的输入端的电压和电流均为正，所以功率变换器111的输入端的输入电阻为正数。但是，功率变换器111的输入电阻的等效交流阻抗为负数。功率变换器111的输入电阻的等效交流阻抗为负数代表功率变换器111的输入端的电压和电流的变化趋势相反。在恒功率模式输出时，功率变换器111的输入端的电压增大，功率变换器111的输入端的电流会相应的减小；功率变换器111的输入端的电压下降，功率变换器111的输入端的电流会相应的增大，这样就会将功率变换器111的震荡进一步加剧，功率变换器111将不稳定。由于LRC滤波器的输出阻抗与功率变换器111的输入端的输入电阻形成一个分压电路，电源200提供的源电压与功率变换器111的输入端的电压可用以下公式表示：

其中，V_IN表示电源200提供的源电压，V_INC表示功率变换器111的输入端的电压，Z_INPUT表示功率变换器111的输入端的输入电阻，Z_outlrc表示LRC滤波器的输出阻抗。

由于功率变换器111的输入电阻的等效交流阻抗为负数，即Z_INPUT的交流量为负数。如果Z_INPUT+Z_outlrc的值大于零，那么功率变换器111分压得到的输入端的电压为负数，此代表无解即发散不收敛。故Z_INPUT+Z_outlrc的值需小于零，可以理解为遵循负阻抗交叠稳定准则，也可以理解为，功率变换器111的输入电阻的交流量的绝对值不得小于LRC滤波器的输出阻抗的最大值。故需要增加阻尼补偿电路112降低LRC滤波器的输出阻抗的峰值大小，以使得功率变换器111工作稳定、不震荡的安全稳定区。

在本实施例中，功率变换器111的输入电阻的等效交流阻抗可以根据功率变换器111的输出端的电压和功率变换器111的输入端的电压进行拉普拉斯变化计算得到，具体可以根据以下公式得到：

其中，Q表示品质因数，ξ表示阻尼因子，V_O表示功率变换器111的输出端的电压。

在本实施例中，当阻尼因子的取值为0时，为功率变换器111的输入电阻的等效交流阻抗的临界稳定计算值，具体可以用以下公式表示：

在本实施例中，预设限制功率包括有效功率、预设需求功率、负载功率和输入线缆功率。可以理解，有效功率是指输入效率大于75％所对应的功率变换器的输入功率，即可以为功率变压器向负载300提供的功率大于电源200提供的功率的75％；预设需求功率可以为在生产充电设备100时，客户对功率变换器111可提供的功率的需求值；负载功率可以为负载300的能够接受的最大功率；线缆功率可以为输入线缆120最大电流时，功率变压器获得的功率。

在本实施例中，预设功率限制曲线可以根据以下具体工作原理获得，先根据阻尼补偿电路112的安全输出功率、有效功率、预设需求功率、负载功率和输入线缆功率确定预设功率限制曲线中可标定的最大功率值，即从阻尼补偿电路112的安全输出功率、有效功率、预设需求功率、负载功率和输入线缆功率中选择最小者对应的功率值为预设功率限制曲线中可标定的最大功率值，由于功率变换器111的安全输入阻抗为一定值，故可根据预设功率限制曲线中可标定的最大功率值计算得到对应的最大电压值。然后，将零功率电压作为预设功率限制曲线中可标定的最小电压值，并根据零功率电压计算得到对应的最小功率值。最后，根据可标定的最小电压值、最小功率值和可标定的最大电压值、最大功率值进行直线连接，获得预设功率限制曲线。其中，零功率电压可以设置为200V，当功率变换器111的输入端的电压信号对应的电压值低于功率变换器111输入电压最低电压值(例如200V)，功率变换器111则会停止工作。

请参照图5，为本实施例提供的功率调节方法的一种流程示意图。需要说明的是，本申请实施例的功率调节方法并不以图5以及以下的具体顺序为限制，应当理解，在其他实施例中，本申请实施例的功率调节方法其中部分步骤的顺序可以根据实际需要相互交换，或者其中的部分步骤也可以省略或删除。还需要说明的是，本实施例提供的功率调节方法，其基本原理及产生的技术效果与上述实施例相同，为简要描述，本实施例部分未提及之处，可参考上述的实施例中的相应内容。该功率调节方法可以应用在上述的功率变换器111中，下面将对图5所示的具体流程进行详细阐述。

步骤S101，获取功率变换器的输入端的当前电压信号。

步骤S102，根据当前电压信号与预设功率限制曲线调节功率变换器的当前输入功率；其中，预设功率限制曲线根据阻尼补偿电路的阻尼参数、预设限制功率和零功率电压确定，阻尼参数根据输入线缆的线路参数确定。

在本实施例中，预设限制功率包括有效功率、预设需求功率、负载功率和输入线缆功率。线路参数包括输入线缆120的等效电阻的值和等效电感的值。

在本实施例中，功率变换器111用于根据当前电压信号和预设功率限制曲线获得当前电压信号对应的当前功率，并根据当前功率调节功率变换器111的输入功率。可以理解，预设功率限制曲线包括多个电压值和每个电压值对应的功率值，即多个电压值和每个电压值对应的功率值构成了预设功率限制曲线。其中，多个电压值为功率变换器111的输入端的不同的电压信号对应的电压值，功率值则对应为功率变换器111的输入端的不同的电压信号时对应的输入功率。

综上所述，本发明实施例提供的功率调节方法、装置和充电设备，该功率调节装置包括功率变换器和阻尼补偿电路，阻尼补偿电路并联于功率变换器的输入端，阻尼补偿电路通过输入线缆与电源电连接；功率变换器用于获取其输入端的当前电压信号，并根据当前电压信号与预设功率限制曲线调节功率变换器的当前输入功率；其中，预设功率限制曲线根据阻尼补偿电路的阻尼参数、预设限制功率和零功率电压确定，阻尼参数根据输入线缆的线路参数确定。通过在功率变换器的输入端并联阻尼补偿电路，当功率变换器工作在长距离输入线缆低压大功率的情况下时，能够抑制功率变换器的输入震荡，以及增强充电设备的带载能力。同时，通过设置预设功率限制曲线，能够让功率变换器根据稳定安全情况，自适应的调整当前输入功率，进而实现输出功率的自适应调整。且由于预设功率限制曲线根据阻尼补偿电路的阻尼参数确定，能够将功率变换器的输入功率限制在安全区，进而消除不稳定因素。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。