電動汽車動力電池充電系統功率部分畢業論文-資料下載頁

【導讀】充電系統設計了由電動汽車動力電池充電系統功率部分。結合實際充電要求,在電動汽車。行了并具體介紹了控制電路及保護電路的設計。實驗結果表明該充電電源可以在短時間內。實現對動力蓄電池的無損傷充電,滿足快速充電的要求。文章所研究的充電系統為新型電。性高、整機變換效率高、對供電電網干擾小等特點。同時整個系統還增加了多種保護電路。措施，安全性符合車用設備的通用規范，具有很強的實際應用價值。

　　

【正文】 RRR RU ref ??? () 為了避免分壓電阻上不必要的損耗，其阻值應該較大。電路中 1R , 3R , 6R 分別取為?k390 ， ?k390 ， ?k10 (可調電位器 )。 (3) 開關頻率的選擇 對于功率開關的切換頻率并沒有一定的標準，一方面開關頻率必須足夠高以減小主功率電路的體積，降低失真度；另一方面，為了維持一定的轉換效率，開關頻率又必須足夠低。在實際的應用中，開關頻率選擇在 20kHz 到 200kHz 之間，在本設計中，開關頻率選為 67kHz，由芯片的設計手冊可得，外部設定頻率的電阻值應該選為 70k。 (4) 電流環調整率及其補償設計 該部分電流補償及下一部分的電壓補償目的不僅是確保在窄的帶寬下實現功率因數校正，還要給出足夠的相移區域，以確 保功率因數校正部分在整個工作范圍內能穩定工作。 用間接正弦波檢測方法的 ICE2PCS01 集成了電流調整器環路，方框圖如下。 非線性增益輸出P W M 比較器 K c ( s )B o o s t升壓增益 K B o o s t ( s )平均電流增益K AVE ( s )V c o m pM 2M 1d o ffD o ff _ B o o s tI a v eV i c o m p+ 圖 電流環的控制方框電路 在上方框圖中，平均電流的傳輸函數如下： ? ? ? ?? ?21111211O T Aic o m ps e n s eA V EO T As e n s eA V Eic o m pA V EgMCKsMRKsGsKRIVsK?????????? () 此處， K1為設計常數，是 PFC 電路的工作頻率。 Cp 為 Ip 端的電容， gOTA2為誤差放大器 OTA2 的跨導增益。對于平均電流型的控制，典型值為 。 M1 為非 線性增 19 益的方框輸出， M1max=。根據此特性得到圖 。 01 2 3 4 5 6 700 . 20 . 40 . 60 . 81 . 01 . 21 . 41 . 61 . 82 . 02 . 2M1M2M1* M2Vc o m p 圖 非線性增益特性圖 由于平均電路的角頻率 fAVE必須低于開關頻率 fSW，所以有： AVEOTAip fK MgC ?2112? ?? () 由于跨過整個電壓環的固有頻率 fv 的遠離于 fAVE 以下，因此平均電流的傳輸函數可簡化為： ? ?11 MRKIVsK s e n s eAV Ei c o m pAV E ??? () 傳輸函數 Kc(s)和 KBoost(s)如下： ? ?21 MKVdsKFQic om poffc ??? () ? ?sLVdD IsK outo ffB o o sto ff AVEB o o st ??? _ () 由數據手冊可知，此處的 KFQ為一設計常數，等于 ， L 是升壓電感， M1及 M2是非線性增益輸出，可從圖 中得出。 則電流環的開關增益為： ? ? ? ? ? ? ? ?sKsKsKsG B o o stCAVEc ??? () 補償電容 ipC 不斷充放電，從而得到電流信號的平均值，因此其充放電頻率一定要小于開關頻率。所以 3C 需滿足： 722 Cgf OTAs ?? () 20 式中， 2OTAg 為內部跨導運算放大器的增益，芯片典型值為 。因而得到nFC ? ，取 。 同時根據電流調整環路方框有： ? ? ? ?? ? ? ? ? ?B o o s to ffB o o s tCA V E B o o s tA V E DsKsKsK sKsI _1 ????? () 由以上各式，可以得到 PWM 的調制函數為： ? ? ? ? ? ?B o o s to ffs e n s eFQc o m pA V EC O M PA V E DRKKKV MMMM IV IsG_1221212 ????????? () 此處， K2為設計常數，在 Vp= 時，值為 。 在本設計中，補償電容取值為 時， 其 Gc(s)的幅度及相角示于圖 中。定義電流環的穩定區所需要的 Fc 遠小于開關頻率 Fs，整個跨越頻率及相移區為 2kHz 及 85176。(176V AC)及 15kHz 及 40176。 (264V AC)。 1 7 6 V A C amp。 f u l l l o a d2 6 4 V A C amp。 f u l l l o a d1 001 011 021 031 041 051 061 071 0 05 00 5 0 1 0 0 1 5 0f ( H z )Gain(db) 1 7 6 V A C amp。 f u l l l o a d2 6 4 V A C amp。 f u l l l o a d1 001 011 021 031 041 051 061 07 9 0 1 1 0 1 3 0 1 5 0 1 7 0 1 8 0f ( H z )Phase Angle 圖 電流環的一對極點和相角 (5) 電壓補償環路的設計 電壓控制環路的方框如下圖 所示，共有四個方框，其中包括誤差放大器 G1(s)，IC 的 PWM 調制器 G2(s)，升壓變換器的功率級 G3(s)及反饋檢測 G4(s)。 誤 差 放 大 器增 益 G 1 ( s )P W M 調 制 增益 G 2 ( s )功 率 變 換 增益 G 3 ( s )反 饋 增 益G 4 ( s )Vr e fVs e n s eVc o m pDo f f _ B o o s tIa v eVo u t+ 圖 電壓環的方框電路 其中的反饋方框 G4(s)是一個簡單的電阻分壓器，用于監視大 Bulk電容上的輸出電壓，在本設計中，有： 21 ? ?63164 RRR RVVsGoutse nse ???? () 誤差放大器補償電路 G1(s) 示于下圖 。 Vs e n s e3 VR8C1 0C9Vc o m pO T A 1+ 圖 誤差放大器的補償回路 其傳輸函數如下： ? ?? ? 1109109810910811111O T As e n s eO T AO T Ac o m ps e n s ec o m p gCCCCRssCCCsRVIIVVVsG ????????? ???????? () 此處 1OTAg 為 OTA1 的跨導增益，典型值為 42uS。由補償環路決定的一個極點和一個零點表達式如下： 10821CRfcz ?? () 109109821CCCCRfcp??? () 極點和零點在整個環路的調整采用跨越整個 100Hz 以下的頻率，并為環路的穩定建立起足夠的相移區域。 CCM 工作方式固有的升壓變換器中的占空比表達式如下： OUTINOFF VVD ? () 正弦參考信號僅在 Doff間隔內獲得，控制電壓 Vp 送到 PWM 方框中去控制平均升壓電感電流，因此傳輸函數 G2(s)表達式如下： ? ?COMPAVEVIsG ?2 () 而功率級的傳輸函數 G3(s)的定義如下： ? ? rm sL outoutoutrm sL out I IIVI VsG __3 ????????? () 22 在以上幾個等式中， Vout為 PFC 校正之后的直流輸出電壓， Iout為直流輸出電流， IAVE為電感電流的平均值。 合并上面所有的方框，整個電壓環的閉環增益為： ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?sGsGsGsGsG V 4321 ???? () 由于功率因數校正的需要，固有的 PFC 動態電壓環補償總是采用低帶寬來執行。例如對于 50Hz AC 線路輸入， PFC 電壓環帶寬通常設置在 20Hz 以下。補償電路 R8， C9，C10的選取都應使環路增益及相移 區域達到最佳化。 考慮到輸出電壓中包含著頻率為 2 倍輸入頻率的紋波，因此設計的補償電路的頻率響應帶寬應遠小于 100Hz，用來抑制 100Hz 左右的紋波。參考內部跨導運放的傳輸函數 G1(s)及芯片典型的跨導增益值，最終確定的補償參數如下： uFC 110? ， uFC ? ， ?? kR 108 ，此時帶寬為 ， ?? ) ZH（ 。對 100Hz紋波的增益 )100(1 ??ZOTA HG 。 在上述的電壓補償網絡下，電壓環的增益幅度及相移區域在 220VAC 滿載條件下示于圖 。在 220VAC 跨越頻率 fv 處為 18Hz，相移 56176。 。 1 001 011 021 031 041 0 1 2 0 6 0 8 0 1 0 0f ( H z )Gain(db)1 05G2( s ) G3( s ) G4( s )G v ( s ) = G1( s ) G2( s ) G3( s ) G4( s ) 4 002 04 06 08 01 0 01 001 011 021 031 041 0 1 1 4 5 1 6 5 1 7 5f ( H z )Phase Angle1 05G v ( s ) = G1( s ) G2( s ) G3( s ) G4( s ) 1 5 5 1 3 5 1 2 5 圖 電壓環在 220VAC時的一對極點和相角 半橋式 DCDC 變換器的設計 半橋式變換器的工作過程分析 半橋式 PWM DCDC轉換器，是由半橋式逆變器、高頻變壓器、輸出整流器和直 流濾波器等組成的。如下圖 所示為半橋式逆變器的主電路，它是由兩個容值相等的電容 C1和 C2 構成一個橋臂，開關管 V1和 V2 及反向并聯二極管 D1和 D2 構成另一個橋臂，兩橋臂的中點 A和 B為輸出端，可以通過變壓器 Tr 變壓輸出，也可以由這兩端直接等壓輸出。因為電容 C1和 C2 容量較大，故其電壓 iCC UUU 2121 ?? 是比較穩定的，中點 B的電位基本不變。 iB UU 21? ，而 A點的電位則取決于開關管 V1和 V2 的工作情況。 當開關管 V1 導通時，則 iAB Uu ? 。當開關管 V2導通時，則 iAB Uu ?? 。所以變壓器次級的空載電壓 ou 為一個脈沖寬度小于或者等于 ?180 的交流方波電壓，其脈沖寬度等于 onT ， onT 為開關管 V1 或者 V2 的導通時間。 ou 的幅值 ? ? ? ?oio UUWWU ?? 12 ， ou 頻率等于逆變器的開