純電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載數(shù)字式充電機(jī)的研究

【摘要】：電動(dòng)汽車(chē)的出現(xiàn)能有效解決環(huán)境污染、能源危機(jī)和汽車(chē)工業(yè)快速發(fā)展的矛盾。由于電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池儲(chǔ)能受電池技術(shù)發(fā)展的限制，續(xù)航里程有限，電量不足時(shí)就要及時(shí)給動(dòng)力電池充電。但是充電樁位置比較固定，使用便利性大打折扣，因此非常有必要研制一種低成本，攜帶靈活的車(chē)載充電機(jī)，及時(shí)為電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電，為電動(dòng)汽車(chē)推廣奠定基礎(chǔ)。 電動(dòng)汽車(chē)運(yùn)行環(huán)境惡劣，車(chē)載充電機(jī)必須具有塵密結(jié)構(gòu)；散熱方式自然冷卻，需要具有高效率；為提高充電機(jī)輸入側(cè)功率因數(shù)以及減少充電時(shí)對(duì)電網(wǎng)的污染，需要有功率因數(shù)校正電路；為了提高電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力性和可靠性，需要充電機(jī)具有重量輕、體積小、可靠性高、抗機(jī)械沖擊及震動(dòng)等特點(diǎn)。 本文根據(jù)電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電機(jī)的技術(shù)指標(biāo)和防護(hù)等級(jí)要求，分析了常用拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)及其控制方式，確定前級(jí)有源功率因數(shù)校正電路和后級(jí)DC/DC變換電路兩級(jí)結(jié)構(gòu)。通過(guò)對(duì)比有源功率因數(shù)校正電路的不同電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制方式的優(yōu)缺點(diǎn)，前級(jí)選定了Boost拓?fù)潆娐泛突谄骄娏骺刂品绞降目刂苹芈罚⒂?jì)算了主器件的參數(shù)。為了使充電電源在大范圍負(fù)載條件下獲得高效率，對(duì)各種DC/DC電路拓?fù)溥M(jìn)行分析，后級(jí)選擇了移相控制全橋DC/DC變換器結(jié)構(gòu)，并且采用TI的數(shù)字電源控制器UCD3138作為主控芯片，提高效率和減少模擬電路，有利于體積和成本的控制，對(duì)變換器主器件進(jìn)行了計(jì)算選型。輔助電源方面采用Power Intergrations的集成芯片，TOP266EG，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小、效率高，實(shí)現(xiàn)多路電壓輸出。 本文根據(jù)前后兩級(jí)電路主電路和控制電路的具體參數(shù)，利用仿真工具Saber和Pspice對(duì)充電機(jī)的兩級(jí)解決方案進(jìn)行了仿真分析和參數(shù)優(yōu)化，設(shè)計(jì)了一臺(tái)2.5kw的電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電機(jī)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)。對(duì)實(shí)驗(yàn)樣機(jī)進(jìn)行了測(cè)試，輸出電壓值和紋波系數(shù)達(dá)到設(shè)計(jì)要求，本文設(shè)計(jì)的車(chē)載充電機(jī)方案是可行的，為后面充電機(jī)產(chǎn)品設(shè)計(jì)優(yōu)化提供了理論和實(shí)驗(yàn)依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：車(chē)載充電機(jī) APFC移相全橋 UCD3138 TOP266VG 實(shí)驗(yàn)樣機(jī)
【學(xué)位授予單位】：長(zhǎng)安大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TM46;U469.72
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展?fàn)顩r10-12
• 1.2.1 國(guó)內(nèi)外電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展?fàn)顩r10-11
• 1.2.2 電動(dòng)汽車(chē)的分類11-12
• 1.3 電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的發(fā)展?fàn)顩r12-15
• 1.3.1 充電機(jī)的分類12-13
• 1.3.2 充電方式13-15
• 1.3.3 充電機(jī)充電控制方法15
• 1.4 全橋移相軟開(kāi)關(guān)電源發(fā)展及研究現(xiàn)狀15-16
• 1.5 本文主要研究?jī)?nèi)容16-18
• 第二章 電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電機(jī)結(jié)構(gòu)方案的選擇18-38
• 2.1 車(chē)載充電機(jī)的技術(shù)指標(biāo)18-19
• 2.2 功率因數(shù)校正電路19-24
• 2.2.1 功率因數(shù)校正電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)21
• 2.2.2 無(wú)源 PFC 電路21-22
• 2.2.3 有源 PFC 電路的原理22-24
• 2.3 車(chē)載充電機(jī) DC/DC 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)24-35
• 2.3.1 全橋電路的控制方式27-28
• 2.3.2 全橋變換器的 PWM 控制方式28-35
• 2.4 輔助電源設(shè)計(jì)35-37
• 2.5 小結(jié)37-38
• 第三章 有源功率因數(shù)校正電路設(shè)計(jì)38-58
• 3.1 APFC 主電路方案38
• 3.2 APFC 控制電路方案38-41
• 3.2.1 峰值電流控制法（PCMC）40
• 3.2.2 滯環(huán)電流控制法（ HCC）40-41
• 3.2.3 平均電流控制法（ACMC）41
• 3.3 APFC 電路元器件及參數(shù)的計(jì)算選擇41-48
• 3.3.1 EMI 濾波電流的設(shè)計(jì)42
• 3.3.2 整流橋選擇42
• 3.3.3 功率元件和二極管選擇42-43
• 3.3.4 輸入電感43-47
• 3.3.5 輸出電容47-48
• 3.4 APFC 控制回路的設(shè)計(jì)48-53
• 3.4.1 電流傳感檢測(cè)電阻 Rs49
• 3.4.2 峰值電流限制49-50
• 3.4.3 乘法器設(shè)置50-52
• 3.4.4 震蕩電容52
• 3.4.5 電流誤差放大器補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)52
• 3.4.6 電壓誤差放大器的補(bǔ)償52-53
• 3.5 APFC 電路仿真分析53-57
• 3.5.1 仿真模型的建立54
• 3.5.2 仿真結(jié)果分析54-57
• 3.6 本章小結(jié)57-58
• 第四章 全橋移相控制電路的設(shè)計(jì)58-80
• 4.1 ZVSCS 全橋變換器結(jié)構(gòu)58-64
• 4.2 數(shù)字電源控制器 UCD313864-66
• 4.2.1 UCD3138 的逐周期保護(hù)功能64-65
• 4.2.2 UCD3138 的前饋功能65
• 4.2.3 UCD3138 的 ADC 功能65
• 4.2.4 UCD3138 的 DPWM 模塊65
• 4.2.5 PMBus65-66
• 4.3 全橋變換器主電路的參數(shù)設(shè)計(jì)66-71
• 4.3.1 開(kāi)關(guān)管的選擇66-67
• 4.3.2 變壓器的設(shè)計(jì)67-69
• 4.3.3 超前臂開(kāi)關(guān)管并聯(lián)電容的選取69-70
• 4.3.4 原邊阻斷電容的選取70
• 4.3.5 副邊二極管的選擇70
• 4.3.6 輸出電感的選取70-71
• 4.3.7 輸出濾波電容的選擇71
• 4.4 全橋變化器控制回路設(shè)計(jì)71-73
• 4.4.1 充電控制策略71-72
• 4.4.2 反饋調(diào)節(jié)電路72-73
• 4.5 全橋變換器驅(qū)動(dòng)電路73-76
• 4.6 DC/DC 變換器電路的仿真76-79
• 4.6.1 仿真模型的建立76
• 4.6.2 仿真結(jié)果分析76-79
• 4.7 本章小結(jié)79-80
• 第五章 輔助電源的設(shè)計(jì)80-90
• 5.1 輔助電源結(jié)構(gòu)方案80-81
• 5.2 輔助電源參數(shù)設(shè)計(jì)81-89
• 5.2.1 輸入濾波電容的選擇81
• 5.2.2 變壓器計(jì)算81-84
• 5.2.3 線電壓檢測(cè)和限流電路84-86
• 5.2.4 輔助電源的調(diào)試86-89
• 5.3 本章小結(jié)89-90
• 第六章 電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)樣機(jī)實(shí)驗(yàn)分析90-97
• 6.1 實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的搭建90
• 6.2 前級(jí) APFC 電路的調(diào)試90-92
• 6.3 后級(jí) DC/DC 變換器調(diào)試92-95
• 6.4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)95-96
• 6.5 小結(jié)96-97
• 總結(jié)與展望97-98
• 總結(jié)97
• 本論文的不足和未來(lái)工作展望97-98
• 參考文獻(xiàn)98-101
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果101-102
• 致謝102

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