高压恒流充电电源控制方法的探究

张捷

摘要：高压恒流充电电源实际运行过程，对其控制方法有着极高要求，为满足实际的要求，就务必要积极落实高压恒流充电电源内部控制系统相关设计研究工作，便于提出最具可行性及有效性的高压恒流充电电源的控制方法。鉴于此，本文主要围绕高压恒流充电电源的有效控制方法开展深入的研究和探讨，仅供参考。

关键词：充电电源;高压恒流;控制方法;

前言

PI模糊性控制方法，其从属于电源控制领域当中一种有效性较为突出的方法，将其作为高压恒流充电电源的控制方法广泛运用，对维持高压恒流充电电源稳定可靠地运行来说可起到基础保障作用。因而，综合分析高压恒流充电电源的有效控制方法，有着一定的现实意义和价值。

1、关于高压恒流充电电源的原理概述

高压恒流充电电源主电路实行串联谐波式变换装置拓扑结构，电源分为高压、低压两个部分。高压部分以高压电容、高压变压装置、整流装置为主。低压部分以逆变装置电路、驱动及保护电路为主;高压恒流充电电源运作原理，即输入三相的交流电压，经短路装置开关输出至滤波整流相应电路当中，经滤波装置将干扰信号滤去，整流装置予以整流过后提供稳定性较高直流电压逐渐输入至全桥的逆变电路内部，全桥的逆变电路将电压输出再经高压变压装置升压过后予以输出，电流值次数仍维持恒定，所输出电流值经现场测试，经光电耦合装置输入至控制电路，控制电路获取电流值和系统所给定的电流值实施对比分析，借助PWM控制装置对占空比实施调节方式来对电流实施有效调节，恒流充电得以实现[1]。

2、控制方法分析

2.1 在PI模糊性控制层面

PI模糊性控制系统当中，以PI模糊性控制装置为核心，可实现模糊化、模糊推理分析、解模糊化。选定三角形相应隶属度的函数，设所输出电流的设定至和检测值差值是e，并设差值的变化率ec，所输出的控制量设U。所输出的电流偏差e，偏差变化率为ec与输出量U基本论域即-5%～5%，量化论域[-5，5]，模糊集合合理划分成PB（正大）、PS（正小）、ZO（零）、NB（负大）、NS（负小）。结合高压恒流充电电源基本特性及其控制方法实操经验，模糊规则确立要求详细包含：一是，应当考虑到所输出电流偏差e<0条件下，e值若负大，偏差变化率ec值同样为负条件下，偏差e值呈增加趋势，为对偏差e值不断增加起到抑制或消除作用，则所输出的控制量U应当为正大;二是，所输出电流偏差e<0、偏差变化ec>0条件下，系统自身偏差呈缩小趋势，为尽快将偏差消除，确保不会发生超调情况，则所输出的控制量U应当为较小值[2];三是，所输出电流偏差e值若为负小条件下，系统比较接近于稳态，偏差变化ec<0条件下，其控制量U变化取正值，对偏差向负方向发展产生抑制作用。偏差变化ec>0条件下，系统自身呈负小偏差消除态势，故所输出的控制量U应当为正小值。借助模糊规则所推理分析出的结果，可获取所输出的模糊集合，但控制每个输出量应当是精确值，故所输出的模糊集当中务必解出最能代表其模糊集的一个清晰点，上述为解模糊化核心任务;针对解模糊化基本原则，即为以小的计算量为基础，确保应用过程可实现实时化控制，包含重心、最大值、中心平均、TSK等算法。重心法相比较其余方法，可更平滑地实现所输出的推理控制，即为所输出信号伴随输入信号发生微弱变化呈一定的变化趋势，故此次以重心法为基础，实施PI模糊行控制方法输出量的判决。对U论域当中每个元素，均存在表1当中规则。

2.2 在控制方法的仿真分析层面

此次所设计高压恒流充电电源的PI模糊性控制方法当中，模糊控制装置及PI模糊性控制装置实行串联方式，控制本質为以模糊性控制技术所产生变化PI充电的控制装置参数KP、KI，促使高压恒流充电电源所输出电流呈更高控制精度。结合图1当中系统仿真的电路模型示意图可了解到，所有元件处于理想状态条件下，谐振电容、谐振电感、负载电容所构成LC的振动电路，以动态方程予以表述，求出系统的传递函数，即为G（s）=。

结合PI模糊性控制方法总体结构及其电路基本原理，处于Matlab ＼Simulink条件之下，实施仿真模型搭建，结合系统性能和经验值等，e取值为1、ec 取值为0.4。借助PI模糊性控制基础仿真模型，仿真分析平均的充电电流总体波形图，详见图2～3。从图中即可了解到，开关频率处于18kHz条件下，启动期间，充电电流实际超调量是16.7% ，经20ms后的电流值则稳定于300m A;开关频率处于20kHz条件下，启动期间，充电电流实际超调量是3% ，经15ms后的电流值则稳定于340m A;对比分析两图后了解到，开关频率处于20k Hz条件下该充电电流的仿真波形，呈较小超调量，系统达稳定时间相对较短，呈高充电效率及优良恒流特性，所设开关频率正确性得以验证。故对高压恒流充电电源实行PI模糊性控制方法，应用过程稳定性优良，线性充电效果可以达到，且与实际的应用系统各项要求相符合。

2.3 在充电测试层面

为验证分析高压恒流充电电源针对高压电容的充电可行性，围绕高压电容实施充电实验，将实验平台搭建起来，此实验平台内含恒流式充电电源、高压电缆、高压电容、分压器及示波器等各种器件[3]。高压电容装置耐压值是100kV，且电容量则是0.12µF;针对于分压装置的分压比设1：100000，设衰减比是1：0.5;针对于示波装置实行Tektronicx DPO4104B，电容两端和高压恒流充电电源的正负极有效连接到一起，开关启动后，高压恒流充电电源则向电容持续充电，待充电有一段时间过后，测定可得电容电流及电压情况后可了解到，充电电流无衰减现象存在，充电时间持续15ms，其电流值则稳定于0.34A，电压线性可充电到60kV，这与系统实际的控制需求相吻合，充电高压恒流这一特性得以严重，充分证明充电电源线性的充电性能良好，可满足于实际的应用需求。

3、结语

综上所述，通过此次对于高压恒流充电电源的有效控制方法所开展分析可了解到，故对高压恒流充电电源实行PI模糊性控制方法，其不仅在应用整个过程当中呈现优良的稳定性，具备突出的线性充电特性，且与实际的应用系统各项要求相符合，可行性及有效性较为突出，值得持续推广及运用。

参考文献：

[1] 谭强， 高迎慧， 刘坤，等. 基于电池组级联的高压恒流电源电流控制方法研究[J]. 电工电能新技术， 2020， 39（059）：855-856.

[2] 刘卫东， 郭英鹏， 孙涛. 高压恒流电源对湿电场的适应及提效特性研究[J]. 烧结球团， 2021， 46（003）：624-625.

[3] 许赟， 鲁超， 何凯文，等. 基于状态平面模型的多模态恒功率谐振电容器充电电源研究[J]. 中国电机工程学报， 2020， 40（007）：911-912.