专利名称：纹波补偿电路和超级电容充放电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及电气技术，尤其涉及一种纹波补偿电路和超级电容充放电装置。
背景技术：
超级电容作为一种新型的储能器件，它具有储存能量大、快速充放电等优点，满足轨道机车车辆在无电区运行的要求，越来越多地应用在轨道机车车辆上。超级电容显著改善轨道机车车辆的动力性能，提高制动能量回收率，达到节约能源和提高经济效益的目的。现有轨道机车车辆混合动力技术中，如图I所示，超级电容充放电装置(也称超级电容DC (直流)/DC斩波器)是能量转换的核心变流器，包括控制电路11、驱动电路1 2和主电路13。所述主电路13采用Buck-Boost(降压-升压)拓扑结构，所述驱动电路12向所述主电路13提供驱动脉冲，而所述控制电路11控制调整驱动脉冲的占空比。电能通过超级电容充放电装置可以在电网侧和超级电容之间双向传递。轨道机车车辆在有电网区域和车辆制动时，所述控制电路的控制端输入充电指令，超级电容充放电装置的降压斩波电路工作，为超级电容充电；当车辆运行在无电网区域时，所述控制电路的控制端输入供电指令，超级电容充放电装置的升压斩波电路工作，超级电容为机车车辆的牵引变流器提供电源，保证车辆在无电区平稳运行。现有的超级电容充放电装置需要体积大、重量大的大容量直流滤波电容以在为超级电容充电时对电网输入侧输入的脉动电压进行滤波，这样造成超级电容充放电装置的体积大、结构笨重，在轨道机车车体上需要较大的空间尺寸；而如果在现有的超级电容充放电装置中取消该大容量直流滤波电容，则会在为超级电容充电过程中因为电网侧的输入电压的周期性脉动而造成超级电容两端很大的输出纹波电压。
发明内容
本发明提供一种纹波补偿电路和超级电容充放电装置，取消了电网侧直流滤波大容量电容，并在为超级电容充电过程中减小由电网侧输入的脉动电压引起的超级电容两端输出纹波电压。本发明提供了一种纹波补偿电路，应用于连接于电网侧和超级电容之间的超级电容充放电装置，包括电网侧充电电压采样单元，用于在为超级电容充电时采样电网侧输入的实时电压；充电电压比较单元，与所述电网侧充电电压采样单元连接，用于在为超级电容充电时比较该实时电压与预先设定的标准充电电压，得到充电电压校正信号；第一超级电容电压补偿单元，与所述充电电压比较单元连接，用于在为超级电容充电时根据该充电电压校正信号调整超级电容两端的电压，当该充电电压校正信号指示该实时电压大于该标准充电电压时控制调小超级电容两端的电压，当该充电电压校正信号指示该实时电压小于该标准充电电压时控制调大超级电容两端的电压。
实施时，本发明所述的纹波补偿电路还包括超级电容充电电压采样单元，用于在为超级电容充电时采样超级电容两端的实时电压；超级电容电压比较单元，与所述超级电容充电电压采样单元连接，用于在为超级电容充电时比较该实时电压与标准超级电容电压，得到超级电容电压校正信号；第二超级电容电压补偿单元，与所述超级电容电压比较单元连接，用于在为超级电容充电时根据该超级电容电压校正信号调整超级电容两端的电压，当该超级电容电压校正信号指示该实时电压大于该标准超级电容电压时控制调小超级电容两端的电压，当该充电电压校正信号指示该实时电压小于该标准超级电容电压时控制调大超级电容两端的电压；该标准超级电容电压为当电网侧输入标准充电电压时超级电容两端的电压。实施时，本发明所述的纹波补偿电路还包括超级电容电压调整单元，分别与所述充电电压比较单元和所述超级电容电压比较单元连接，用于在为超级电容充电时根据所述充电电压校正信号和所述超级电容电压校正信号，将所述超级电容两端的电压调整为标准超级电容电压。
实施时，所述超级电容电压调整单元，还与所述超级电容充放电装置的驱动电路连接，进一步用于在为超级电容充电时根据所述充电电压校正信号、所述超级电容电压校正信号、所述电网侧输入的实时电压和所述超级电容两端的实时电压，控制调整所述驱动电路输出的驱动脉冲的占空比，以将该超级电容两端的电压调整为标准超级电容电压。实施时，本发明所述的纹波补偿电路还包括电网侧放电电压采样单元，用于在超级电容向电网侧放电时采样电网侧的实时电压；供电电压比较单元，与所述电网侧放电电压采样单元连接，用于在超级电容向电网侧放电时比较该电网侧的实时电压和预先设定的标准供电电压，得到供电电压校正信号; 供电电压调整单元，与所述供电电压比较单元连接，用于在超级电容向电网侧放电时根据该供电电压校正信号将电网侧的电压调整为该标准供电电压。实施时，本发明所述的纹波补偿电路还包括超级电容放电电压采样单元，其用于在超级电容向电网侧放电时采样超级电容两端的实时电压；所述供电电压调整单元，还分别与所述超级电容放电电压采样单元和所述超级电容充放电装置的驱动电路连接，进一步用于在超级电容向电网侧放电时根据该供电电压校正信号以及该电网侧的实时电压，控制调整所述驱动电路输出的驱动脉冲的占空比，以将电网侧的电压调整为该标准供电电压。本发明还提供了一种超级电容充放电装置，包括主电路、控制电路和驱动电路；所述控制电路，与所述驱动电路连接，用于控制所述驱动电路向所述主电路提供驱动脉冲；所述主电路的第一端接入电网侧，所述主电路的第二端连接于超级电容的两端，其中，所述控制电路包括上述的纹波补偿电路，所述纹波补偿电路分别与所述主电路的第一端和所述驱动电路连接。与现有技术相比，本发明所述的纹波补偿电路和超级电容充放电装置，取消了电网侧直流滤波大容量电容，从而主电路拓扑简单、体积小、重量轻，并且采用了纹波补偿电路以减小由于取消电网侧直流滤波大容量电容而导致的在为超级电容充电过程中电网侧输入的脉动电压引起的超级电容两端的输出纹波电压。
图I为现有的超级电容充放电装置的结构框图；图2为本发明所述的超级电容充放电装置的主电路的一实施例的电路图；图3为本发明所述的纹波补偿电路的第一实施例的结构框图；图4为本发明所述的纹波补偿电路的第二实施例的结构框图；图5为本发明所述的纹波补偿电路的第三实施例的结构框图； 图6为本发明所述的纹波补偿电路的第四实施例的结构框图；图7为本发明所述的纹波补偿电路的第五实施例的结构框图；图8为本发明所述的纹波补偿电路的第六实施例的结构框图；图9为本发明所述的超级电容充放电装置的一实施例的结构框图。
具体实施例方式如图2所示，本发明所述的超级电容充放电装置的主电路13的一实施例采用降压-升压斩波电路；该主电路13，第一端接入电网侧，第二端连接于超级电容EC ；该主电路13包括第一熔断器F1、第一滤波电感LI、第一电压传感器SV1、主接触器KM1、第一压敏器件VR1、突波电容Cl、第一绝缘栅双极型晶体管VT1、第二绝缘栅双极型晶体管VT2、第一储能电抗器L2、第二储能电抗器L3、第三绝缘栅双极型晶体管VT3、第四绝缘栅双极型晶体管VT4、第一电流传感器SCI、第二电流传感器SC2、第二滤波电感L4、滤波电容C2、第二熔断器F2、接触器KM2、第二电压传感器SV2和第二压敏器件VR2 ；所述第一熔断器F1，第一端与电网侧正直流电压输入端连接，第二端与所述第一滤波电感LI的第一端连接；所述第一滤波电感LI，第二端与所述主接触器KMl的第一端连接；所述第一电压传感器SVl连接于所述第一滤波电感LI的第二端与电网侧负直流电压输入端之间；所述主接触器KM1，第二端分别与所述第一绝缘栅双极型晶体管VTl的集电极和所述第二绝缘栅双极型晶体管VT2的集电极连接；相互并联的所述第一压敏器件VRl和所述突波电容Cl连接于所述主接触器KMl的第二端和电网侧负直流电压输入端之间(连接时，所述突波电容Cl必须靠近第一绝缘栅双极型晶体管VT1、第二绝缘栅双极型晶体管VT2、第三绝缘栅双极型晶体管VT3和第四绝缘栅双极型晶体管VT4);所述第一绝缘栅双极型晶体管VT1，基极接入驱动电路输出的驱动脉冲，发射极与所述第一储能电抗器L2的第一端连接；所述第二绝缘栅双极型晶体管VT2，基极接入驱动电路输出的驱动脉冲，发射极与所述第二储能电抗器L3的第一端连接；
所述第三绝缘栅双极型晶体管VT3，基极接入驱动电路输出的驱动脉冲，集电极与所述第二绝缘栅双极型晶体管VT2的发射极连接，发射极与电网侧负直流电压输入端连接；所述第四绝缘栅双极型晶体管VT4，基极接入驱动电路输出的驱动脉冲，集电极与所述第一绝缘栅双极型晶体管VTl的发射极连接，发射极与电网侧负直流电压输入端连接；所述第一储能电抗器L2的第二端和所述第二储能电抗器L3的第二端与所述第一电流传感器SCl的第一端连接；所述第一电流传感器SCl的第二端与所述第二电流传感器SC2的第一端连接；所述第二电流传感器SC2的第二端与所述第二滤波电感L4的第一端连接；所述第二滤波电感L4的第二端分别与所述滤波电容C2的第一端和所述第二熔断 器F2的第一端连接；所述滤波电容C2的第二端与电网侧负直流电压输入端连接；所述熔断器F2的第二端与所述接触器KM2的第一端连接；所述接触器KM2的第二端通过相互并联的所述第二电压传感器SV2和所述第二压敏器件VR2与电网侧负直流电压输入端连接；超级电容EC，第一端与所述接触器KM2的第二端连接，第二端与所述滤波电容C2的第二端连接。在本发明所述的超级电容充放电装置的主电路13的该实施例中，第一绝缘栅双极型晶体管VTl的基极、第二绝缘栅双极型晶体管VT2的基极、第三绝缘栅双极型晶体管VT3的基极和第四绝缘栅双极型晶体管VT4的基极接入驱动电路输出的驱动脉冲，该第一绝缘栅双极型晶体管VTl、第二绝缘栅双极型晶体管VT2、第三绝缘栅双极型晶体管VT3和第四绝缘栅双极型晶体管VT4根据该驱动脉冲的占空比改变开通时间和关断时间，从而改变电网侧电压与超级电容两端电压的比值。由图2可见，本发明所述的超级电容充放电装置的主电路13的该实施例，并没有在输入端采用直流滤波电容，因此在为超级电容充电时为了减小由于在输入脉动电压引起的输出端纹波电压，在本发明所述的超级电容充放电装置的控制电路中采用了纹波补偿电路。需要说明的是，本发明所述的超级电容充放电装置的主电路13的该实施例仅用于举例说明在该主电路13中取消了直流滤波电容，而并非用来限制该主电路13的结构，任何可以实现降压/升压斩波的电路都适用于该主电路13。如图3所示，本发明所述的纹波补偿电路的第一实施例，应用于连接于电网侧和超级电容EC之间的超级电容充放电装置，包括电网侧充电电压采样单元21，用于在为超级电容EC充电时采样电网侧输入的实时电压；充电电压比较单元22，与所述电网侧充电电压采样单元21连接，用于在为超级电容EC充电时比较该实时电压与预先设定的标准充电电压，得到充电电压校正信号；第一超级电容电压补偿单元23，与所述充电电压比较单元22连接，用于在为超级电容EC充电时根据该充电电压校正信号调整超级电容EC两端的电压，当该充电电压校正信号指示该实时电压大于该标准充电电压时控制调小超级电容EC两端的电压，当该充电电压校正信号指示该实时电压小于该标准充电电压时控制调大超级电容EC两端的电压。在该第一实施例中，所述预先设定的标准充电电压可以是在为超级电容EC充电时经过软件滤波的电网侧输入的电压，也可以是为超级电容EC充电时在一采样周期内每隔预定时间间隔采样得到的电网侧输入的电压的平均值。在该第一实施例中，所述电网侧充电电压采样单元21可以是模拟电压采样电路也可以是数字电压采样电路；当所述电网侧充电电压采样单元21为模拟电压采样电路时，所述充电电压比较单元22和所述补偿电路23可以是模拟电路；当所述电网侧充电电压采样单元21为模拟电压采样电路时，所述充电电压比较单元22和所述第一超级电容电压补偿单元23也可以是数字电路，但是此时需要在所述电 网侧充电电压采样单元21和所述充电电压比较单元22之间增加一个模数转换环节，以将所述电网侧充电电压采样单元21采样得到的模拟电压转换为数字电压。本发明所述的纹波补偿电路的第一实施例是在为超级电容EC充电时，通过充电电压比较单元22将电网侧充电电压采样单元21采样的电网侧输入的实时电压与预先设定的标准充电电压进行比较，而得到充电电压校正信号，再通过第一超级电容电压补偿单元
23根据该充电电压校正信号调整超级电容EC两端的电压，从而使得超级电容EC两端的电压趋近于当电网侧输入的电压为标准充电电压时超级电容EC两端的电压，以达到减小输出纹波电压的目的。举例来说，本发明所述的纹波补偿电路的第一实施例在工作时，如果所述预先设定的标准充电电压为750V，而所述电网侧充电电压采样单元21采样到的电网侧输入的实时电压为810V，则此时所述充电电压比较单元22输出的充电电压校正信号指示电网侧输入的实时电压比标准充电电压大，从而控制所述第一超级电容电压补偿单元23控制减小超级电容EC两端的电压；如果所述预先设定的标准充电电压为750V，而所述电网侧充电电压采样单元21采样到的电网侧输入的实时电压为720V，则此时所述充电电压比较单元22输出的充电电压校正信号指示电网侧输入的实时电压比标准充电电压小，从而控制所述第一超级电容电压补偿单元23控制增大超级电容EC两端的电压。如图4所示，本发明所述的纹波补偿电路的第二实施例基于本发明所述的纹波补偿电路的第一实施例。本发明所述的纹波补偿电路的第二实施例还包括 超级电容充电电压采样单元31，用于在为超级电容EC充电时采样超级电容两端的实时电压；超级电容电压比较单元32，与所述超级电容充电电压采样单元31连接，用于在为超级电容EC充电时比较该实时电压与预先设定的标准超级电容电压，得到超级电容电压校正信号；所述第二超级电容电压补偿单元33，与所述超级电容电压比较单元32连接，用于在为超级电容EC充电时根据该超级电容电压校正信号调整超级电容两端的电压，当该超级电容EC电压校正信号指示该实时电压大于该标准超级电容电压时控制调小超级电容EC两端的电压，当该充电电压校正信号指示该实时电压小于该标准超级电容电压时控制调大超级电容EC两端的电压，该标准超级电容电压为当电网侧输入标准充电电压时超级EC电容两端的电压。本发明所述的纹波补偿电路的第二实施例是在为超级电容EC充电时，通过超级电容电压比较单元32将超级电容充电电压采样单元31采样的电网侧输入的实时电压与预先设定的标准充电电压进行比较，而得到充电电压校正信号，通过超级电容电压比较单元32将超级电容充电电压采样单元31采样的超级电容EC两端的实时电压与预先设定的标准超级电容电压进行比较，而得到超级电容电压校正信号，再通过第二超级电容电压补偿单元33根据该充电电压校正信号和该超级电容电压校正信号调整超级电容两端的电压，从而使得超级电容EC两端的电压趋近于当电网侧输入的电压为标准充电电压时超级电容EC两端的电压，以达到减小输出纹波电压的目的。本发明所述的纹波补偿电路的第二实施例在为超级电容充电EC时，第二超级电容电压补偿单元33不仅根据充电电压校正信号还根据超级电容电压校正信号校正超级电容两端的电压，使得补偿输出纹波电压的效果更加优化。 举例来说，该纹波补偿电路的第二实施例在工作时，如果所述预先设定的标准充电电压为750V，而所述超级电容充电电压采样单元31采样到的电网侧输入的实时电压为720V，假设所述超级电容EC两端的实时电压为200V，此时驱动脉冲的占空比为20/72，那么如果不存在输入脉动电压则超级电容EC两端的电压即此时的标准充电电容电压应为750X20/75 (如果不存在纹波补偿，那么占空比就不是20/72，还是原来的20/75)，则所述比较电路32通过所述充电电压校正信号指示所述补偿电路33控制增大超级电容EC两端的电压，从而达到纹波补偿的目的。在实际操作时，在为超级电容EC充电过程中，超级电容EC两端的电压不断增加，而如果超级电容EC两端的额定电压为480V，则当在采样周期内检测到超级电容EC两端的实时电压都大于预定电压时，则判断对超级电容EC充电完成，控制停止对超级电容EC充电，该预定电压例如可以为480V。如图5所示，本发明所述的纹波补偿电路的第三实施例基于本发明所述的纹波补偿电路的第二实施例。本发明所述的纹波补偿电路的第三实施例还包括超级电容电压调整单元41，分别与所述充电电压比较单元22和所述超级电容电压比较单元32连接，用于在为超级电容EC充电时根据该充电电压校正信号和所述超级电容电压校正信号，将该超级电容EC两端的电压调整为标准超级电容电压。在本发明所述的纹波补偿电路的第三实施例中，在为超级电容EC充电时，所述超级电容电压调整单元41根据充电电压校正信号和超级电容校正信号，将超级电容EC两端的电压调整为标准超级电容电压，使得纹波补偿更加精确。如图6所示，本发明所述的纹波补偿电路的第四实施例基于本发明所述的纹波补偿电路的第三实施例。在本发明所述的纹波补偿电路的第四实施例中，所述超级电容电压调整单元41，还与所述超级电容充放电装置的驱动电路12连接，进一步用于在为超级电容EC充电时根据所述充电电压校正信号、所述超级电容电压校正信号、所述电网侧输入的实时电压和所述超级电容EC两端的实时电压，控制调整所述驱动电路12输出至所述主电路13的驱动脉冲的占空比，从而使得所述主电路13根据该占空比相应改变功率开关管的开通时间与关断时间，以将该超级电容EC两端的电压调整为标准超级电容电压。本发明所述的纹波补偿电路的第四实施例在为超级电容充电时，通过所述超级电容电压调整单元41控制调整所述超级电容充放电装置的驱动电路12输出至主电路13的驱动脉冲的占空比，以将该超级电容EC两端的电压调整为所述标准超级电容电压，从而所述超级电容电压调整单元41只需发出控制改变超级电容充放电装置中的驱动电路12输出的驱动脉冲的占空比，即可以达到调整超级电容两端的电压的目的，从而简化了结构。举例来说，该纹波补偿电路的第四实施例在工作时，如果所述预先设定的标准充电电压为750V，而所述电网侧充电电压采样电路21采样到的电网侧输入的实时电压为810V，所述超级电容充电电压采样电路31采样到的超级电容两端的实时电压为200V，此时驱动脉冲的占空比为20/81，那么如果不存在输入脉动电压则超级电容两端的电压即此时的标准充电电容电压应为750 X 20/75，则所述充电电压比较单元22和所述超级电容电压比较单元32通过所述充电电压校正信号和和所述超级电容电压校正信号，指示所述超级电容电压调整单元41控制将所述驱动脉冲的占空比改变为750X2(V(81X810)，然后逐渐加大占空比直至将该超级电容两端的电压调整为标准超级电容电压，以补偿因输入脉冲电压导致的输出纹波电压。本发明所述的纹波补偿电路的第五实施例基于本发明所述的纹波补偿电路的第一实施例至第四实施例中的任一实施例。如图7所示，本发明所述的纹波补偿电路的第五实施例还包括电网侧放电电压采样单元51，用于在超级电容EC向电网侧放电时采样电网侧的实时电压；供电电压比较单元52，用于在超级电容EC向电网侧放电时比较该电网侧的实时电压和预先设定的标准供电电压，得到供电电压校正信号；供电电压调整单元53，用于在超级电容EC向电网侧放电时根据该供电电压校正信号将电网侧的电压调整为该标准供电电压。本发明所述的纹波补偿电路的第五实施例使得在超级电容对电网侧放电的过程中电网侧供电电压恒定为标准供电电压，以保证超级电容安全可靠地为轨道机车车辆供电。本发明所述的纹波补偿电路的第六实施例基于本发明所述的纹波补偿电路的第五实施例。如图8所示，本发明所述的纹波补偿电路的第六实施例还包括超级电容放电电压采样单元61，其用于在超级电容向电网侧放电时采样超级电容两端的实时电压；所述供电电压调整单元53，还分别与所述超级电容放电电压采样单元61和所述超级电容充放电装置的驱动电路12连接，进一步用于在超级电容向电网侧放电时根据该供电电压校正信号以及该电网侧的实时电压，控制调整所述超级电容充放电装置的驱动电路12输出至所述主电路13的驱动脉冲的占空比，以使将电网侧的电压调整为该标准供电电压。 本发明所述的纹波补偿电路的第六实施例在超级电容向电网侧放电时，通过供电电压调整单元53控制调整所述超级电容充放电装置的驱动电路12输出至所述主电路13的驱动脉冲的占空比，以电网侧的电压调整为所述标准供电电压，从而所述供电电压调整单元53只需发出控制改变超级电容充放电装置中的驱动电路12输出的驱动脉冲的占空t匕，即可以达到调整电网侧的电压的目的，从而简化了结构。
随着超级电容对电网侧放电的进行，超级电容两端的电压一直在下降，则需驱动脉冲占空比相对一直增大，但是驱动脉冲的占空比需在最大的占空比在设计范围内，以保证超级电容安全可靠地为轨道机车车辆供电。本发明所述的纹波补偿电路的第七实施例基于本发明所述的纹波补偿电路的第一实施例至第六实施例中的任一实施例。在本发明所述的纹波补偿电路的第七实施例中，所述电网侧充电电压采样单元21、所述超级电容充电电压采样单元31、所述电网侧放电电压采样单元41和所述超级电容放电电压采样单元51包含于电压采样电路中；所述充电电压比较单元22、所述超级电容电压比较单元33和所述供电电压比较单元52包含于比较电路中；所述第一超级电容电压补偿单元23、所述第二超级电容电压补偿单元33、所述超 级电容电压调整单元41和所述供电电压调整单元53包含于补偿电路中；所述电压采样电路采样的电压是模拟电压，所述比较电路和所述补偿电路是数字电路；所述纹波补偿电路还包括模数转换电路和信号调理电路；所述模数转换电路连接于所述电压采样电路和所述比较电路之间，用于将该模拟电压转换为数字电压，并将该数字电压传送至所述比较电路；所述信号调理电路，连接于所述电压采样电路和所述模数转换电路之间，用于对所述电压采样电路采样的模拟电压进行信号调理，即将该模拟电压去除高频干扰和外部环境的电磁干扰等干扰，并将该模拟电压的幅值调整到合适的电平以使得模拟电压的波形正
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巾O本发明所述的纹波补偿电路的第八实施例基于本发明所述的纹波补偿电路的第七实施例。在本发明所述的纹波补偿电路的第八实施例中，所述模数转换电路、所述比较电路和所述补偿电路集成于高速的DSP (数字信号处理)芯片中，该DSP芯片采用数字化的方式处理采样信号和进行驱动控制；在为超级电容充电时，所述电压采样电路采样电网侧的实时模拟电压和超级电容两端的实时模拟电压，并将采样到的模拟电压传送到设置于超级电容充放电装置的主电路中的信号调理电路，该信号调理电路对该模拟电压进行信号调理后将其输入至模数转换电路中，所述模数转换电路将经过信号调理后的模拟电压转换成相应的数字电压后，在控制程序高速的定时中断中，DSP芯片不断将采样到的电网侧的实时电压与预先设定的标准充电电压进行比较，得到充电电压校正信号，并且DSP芯片不断将采样到的超级电容两端的实时电压与预先设定的标准超级电容电压进行比较，得到超级电容电压校正信号；DSP芯片再根据所述充电电压校正信号和所述超级电容电压校正信号，实时地调整驱动脉冲占空比的大小，以调整超级电容两端的电压大小。也就是说，在为超级电容充电时，当电网侧输入的脉动电压处于正弦波形波峰处时，就减小超级电容两端电压的大小，当电网侧输入的脉动电压处于正弦波形波谷处时，就提高超级电容两端电压的大小，而当超级电容两端的实时电压大于标准超级电容电压时，就减小超级电容两端电压的大小，当超级电容两端的实时电压小于标准超级电容电压时，就提高超级电容两端电压的大小；这样就可以通过软件控制将超级电容两端电压纹波限制在一个很小的允许范围之内，保证电网侧安全可靠地为超级电容充电。
本发明所述的纹波补偿电路的第八实施例在超级电容向电网侧放电时，采用超级电容充放电装置的主电路自带的电压传感器，精确采样电网侧的实时模拟电压和超级电容两端的实时模拟电压，并将采样到的模拟电压传送到设置于超级电容充放电装置的主电路中的信号调理电路，该信号调理电路对该模拟电压进行信号调理后将其输入至模数转换电路中，所述模数转换电路将经过信号调理后的模拟电压转换成相应的数字电压后，在控制程序高速的定时中断中，DSP芯片不断比较电网侧的实时电压和预先设定的标准供电电压，得到供电电压校正信号，之后DSP芯片根据该供电电压校正信号以及电网侧的实时电压，控制调整所述超级电容充放电装置输出的驱动脉冲的占空比，以将电网侧的电压调整为该标准供电电压，以保证电网侧输出电压恒定，使得超级电容安全可靠地为轨道机车车辆供电。在为超级电容充电时，本发明所述的纹波补偿电路的第八实施例依靠高速的DSP芯片采用闭环控制实时调整超级电容两端电压的大小，以达到减小输出纹波电压的目的。
如图9所示，本发明所述的超级电容充放电装置的一实施例，包括控制电路11、驱动电路12和主电路13 ；所述控制电路11，与所述驱动电路12连接，用于控制所述驱动电路12向所述主电路13提供驱动脉冲；所述主电路13的第一端接入电网侧，所述主电路13的第二端连接于超级电容EC的两端；所述控制电路11包括上述的纹波补偿电路111，所述纹波补偿电路111分别与所述主电路13的第一端和所述驱动电路12连接。本发明所述的超级电容充放电装置的该实施例由于采用了本发明所述的纹波补偿电路，可以在主电路中取消电网侧直流滤波大容量电容，从而主电路拓扑简单、体积小、重量轻，并且可以通过该纹波补偿电路减小由于取消电网侧直流滤波大容量电容而导致的在为超级电容充电过程中电网侧输入的脉动电压引起的超级电容两端输出的纹波电压。本领域普通技术人员可以理解实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括R0M、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。最后应说明的是以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
权利要求
1.一种纹波补偿电路，应用于连接于电网侧和超级电容之间的超级电容充放电装置，其特征在于，包括 电网侧充电电压采样单元，用于在为超级电容充电时采样电网侧输入的实时电压； 充电电压比较单元，与所述电网侧充电电压采样单元连接，用于在为超级电容充电时比较该实时电压与预先设定的标准充电电压，得到充电电压校正信号； 第一超级电容电压补偿单元，与所述充电电压比较单元连接，用于在为超级电容充电时根据该充电电压校正信号调整超级电容两端的电压，当该充电电压校正信号指示该实时电压大于该标准充电电压时控制调小超级电容两端的电压，当该充电电压校正信号指示该实时电压小于该标准充电电压时控制调大超级电容两端的电压。
2.如权利要求I所述的纹波补偿电路，其特征在于，还包括 超级电容充电电压采样单元，用于在为超级电容充电时采样超级电容两端的实时电压； 超级电容电压比较单元，与所述超级电容充电电压采样单元连接，用于在为超级电容充电时比较该实时电压与标准超级电容电压，得到超级电容电压校正信号； 第二超级电容电压补偿单元，与所述超级电容电压比较单元连接，用于在为超级电容充电时根据该超级电容电压校正信号调整超级电容两端的电压，当该超级电容电压校正信号指示该实时电压大于该标准超级电容电压时控制调小超级电容两端的电压，当该充电电压校正信号指示该实时电压小于该标准超级电容电压时控制调大超级电容两端的电压； 该标准超级电容电压为当电网侧输入标准充电电压时超级电容两端的电压。
3.如权利要求2所述的纹波补偿电路，其特征在于，还包括 超级电容电压调整单元，分别与所述充电电压比较单元和所述超级电容电压比较单元连接，用于在为超级电容充电时根据所述充电电压校正信号和所述超级电容电压校正信号，将所述超级电容两端的电压调整为标准超级电容电压。
4.如权利要求3所述的纹波补偿电路，其特征在于， 所述超级电容电压调整单元，还与所述超级电容充放电装置的驱动电路连接，进一步用于在为超级电容充电时根据所述充电电压校正信号、所述超级电容电压校正信号、所述电网侧输入的实时电压和所述超级电容两端的实时电压，控制调整所述驱动电路输出的驱动脉冲的占空比，以将该超级电容两端的电压调整为标准超级电容电压。
5.如权利要求I所述的纹波补偿电路，其特征在于，还包括 电网侧放电电压采样单元，用于在超级电容向电网侧放电时采样电网侧的实时电压； 供电电压比较单元，与所述电网侧放电电压采样单元连接，用于在超级电容向电网侧放电时比较该电网侧的实时电压和预先设定的标准供电电压，得到供电电压校正信号； 供电电压调整单元，与所述供电电压比较单元连接，用于在超级电容向电网侧放电时根据该供电电压校正信号将电网侧的电压调整为该标准供电电压。
6.如权利要求5所述的纹波补偿电路，其特征在于，还包括超级电容放电电压采样单元，其用于在超级电容向电网侧放电时采样超级电容两端的实时电压； 所述供电电压调整单元，还分别与所述超级电容放电电压采样单元和所述超级电容充放电装置的驱动电路连接，进一步用于在超级电容向电网侧放电时根据该供电电压校正信号以及该电网侧的实时电压，控制调整所述驱动电路输出的驱动脉冲的占空比，以将电网侧的电压调整为该标准供电电压。
7. 一种超级电容充放电装置，包括主电路、控制电路和驱动电路；所述控制电路，与所述驱动电路连接，用于控制所述驱动电路向所述主电路提供驱动脉冲；所述主电路的第一端接入电网侧，所述主电路的第二端连接于超级电容的两端，其特征在于，所述控制电路包括如权利要求I至6中任一权利要求所述的纹波补偿电路，所述纹波补偿电路分别与所述主电路的第一端和所述驱动电路连接。
全文摘要
本发明提供了一种纹波补偿电路和超级电容充放电装置。所述纹波补偿电路包括电网侧充电电压采样单元，用于在为超级电容充电时采样电网侧输入的实时电压；充电电压比较单元，与所述电网侧充电电压采样单元连接，用于在为超级电容充电时比较该实时电压与预先设定的标准充电电压，得到充电电压校正信号；第一超级电容电压补偿单元，与所述充电电压比较单元连接，用于在为超级电容充电时根据该充电电压校正信号调整超级电容两端的电压。本发明取消了电网侧直流滤波大容量电容，并在为超级电容充电过程中减小由电网侧输入的脉动电压引起的超级电容两端输出纹波电压。
文档编号H02M3/155GK102868287SQ201210358308
公开日2013年1月9日 申请日期2012年9月24日 优先权日2012年9月24日
发明者李明, 高峰, 邵楠, 郝明远, 汪星华 申请人:唐山轨道客车有限责任公司