毕业论文-电动汽车72V2000W快速充电器设计.doc

盐城工学院本科生毕业设计说明书（2015)毕业设计说明书电动汽车72v/2000w快速充电器设计专业电气工程及其自动化学生姓名班级学号指导教师完成日期2015年6月1日电动汽车72v/2000w快速充电器设计摘 要：电动汽车快速充电器在当今这个科技发展日新月异的时代，凭借着自己本身在电动汽车这个朝阳产业当中的关键地位，迅速被人们所认可。与此同时，想要长期的发展下去，必须拥有更可靠更全面的技术保障来做支撑。在这次的毕业设计中，考虑到经济实用这一方面，我采取的是脉冲宽度调制uc3842芯片控制电路，充电方式采用的是单端反激式充电，辅之以电力电子技术中开关电源应用相关专业的知识等等。为了保证电压能够稳固的输出，该充电器应用的是电力电子技术，利用开关通断的时间比率来达到所需要的目的。所以该充电器具有小而轻、稳而快、人工智能等方面的优势，对于国家倡导的节能环保具有不凡的意义。这次的电路设计中包含了差模、共模滤波器、整流桥、滤波电容、输出储能电感、输出滤波电容、反馈电压采样电路、开关信号ic、开关管、光耦等一系列硬件电子部分。查找相关资料发现多路并联输出的方式对我采取的单端反击式充电器的最大输出功率偏小化有一定帮助，所以我把输入交流滤波、电容滤波稳压以及整流这三个模块构成了此次设计中的整流滤波电路。pwm控制电路通过uc3842构成，光耦pc817结合稳压二极管tl431作为反馈电路，mth6n100型号的mosfet作为开关管，在后期的参数计算过程中还包括了通风与散热装置的设计、变压器的主要参数等等。关键词：单端反激式电路；开关电源的应用；脉宽调制uc3842芯片the design of fast charger for electric vehicle with 72v and 2000wabstract: nowadays,fast charger for electric vehicle in todays era of rapid development of science and technology,by virtue of their own key position in the electric car among this sunrise industry, was quickly recognized by the people.at the same time, it is necessary to have a more reliable and comprehensive technical support to support the development of long-term development.in this graduation design, taking into account the economic and practical in this regard, i take is pulse width modulation uc3842 chip control circuit, charging method is single ended flyback charging, auxiliary in power electronics technology in switch power supply application related professional knowledge and so on.in order to ensure a stable output voltage can be, the charger application of power electronics technology, the use of the switch-off time ratio to achieve the desired purpose. so the charger has a small and light, stable and fast, artificial intelligence and other aspects of the advantages, for the countrys energy-saving environmental protection has a sense of extraordinary. the circuit design includes a differential mode, common mode filter, a rectifier bridge, filter capacitor, output inductor and output filter capacitor, the feedback voltage sampling circuit, switching signal ic, switch, coupler and a series of electronic hardware section. find relevant information found that the maximum output power of multiple parallel output in the way for me to take the single end counter type charger partial small have some help, so i put the input ac filter, filter capacitor voltage and rectifier of the three module constitutes a rectifier and filter circuit in the design. pwm control circuit constituted by uc3842, tl431 optocoupler pc817 combination zener diode as a feedback circuit, mth6n100 type of mosfet as switch, in the latter part of the process parameter calculation also includes the main parameters of the design of ventilation and cooling devices, transformers and so on. key word: single-ended flyback circuit; application of switching power supply ; uc3842 chip with pulse width modulation目 录1 概 述11.1 电动汽车快速充电器设计的目的和意义11.2 电动汽车快速充电器设计的研究现状及发展前景11.3 主要设计任务与预期成果22 方案设计与论证22.1 方案一：基于高频逆变桥的电动汽车快速充电器设计22.2 方案二：基于全桥变换电路的电动汽车快速充电器设计32.3 方案三：基于单端反激式的电动汽车快速充电器设计42.4 方案的论证与选择43 单端反激式电动汽车快速充电器主电路设计63.1 输入整流滤波电路的设计63.2 输出整流滤波电路的设计83.3 启动电路设计93.4 保护电路设计103.5 通风与散热装置的设计114 单端反激式充电器控制电路设计124.1 控制电路的设计124.2 反馈电路设计144.3 控制电路的保护电路设计145 充电器电路变压器的参数选择与计算155.1 高频变压器的计算155.2 其他元器件的选择与计算166 pcb布置图的设计176.1 选择各元器件的封装176.2 pcb电路板的设计176.3 pcb电路板元器件的布置18结束语19参考文献20致 谢21附 录22附录1：设计原理图23附录2：pcb正面元器件布置图24附录3：pcb反面布线图25附录4：元器件目录表26电动汽车72v/2000w快速充电器设计1 概 述在当今的现代化社会里，电力电子技术凭仗着自身高效的优势迅速发展，高效能、高功率密度等优点集于一身。而在它的领域中发挥极其重要作用的一支就是开关电源的应用，尤其在当下国家改善环境、节约能源等强烈的号召下，显得备受关注。 1.1 电动汽车快速充电器设计的目的和意义由于汽车行业的快速发展和人们对交通工具的依赖需求，全球汽车的数量在持续地增加，与此同时带动了其他相关产业的增长。当下石油等传统燃油的使用造成了一定的环境污染、资源的短缺、能源的消耗，为此电动汽车的出现可谓是应运而生。电动汽车具备零污染，噪音低，效率高，节能等长处，所以格外受到列国的眷注。而电动汽车的枢纽部分就是能够提供持续的电力需求，这就要求电动汽车充电的时间尽量短、行走里程尽可能的长，因此对电动汽车快速充电器的研究探讨有着相当重要的意义。为了能够高质量地完成此次毕业设计，这就需要我们发散思维、实践调查有关方面的知识内容，并且对我们电力电子技术方面上的知识能够得到加强巩固，提高自己在搜集相关科学资料、整理编排有关电气知识、大胆提出方案想法、了解国内外相关行业发展动态的能力,积极调动起我们大学几年来所学的相关知识。1.2 电动汽车快速充电器设计的研究现状及发展前景考虑到电动汽车在成本上的花费和本身的机能相比拟那些以石油等燃料为能源的汽车，落后的较远，所以消费大众们更愿意选择传统燃料汽车作为他们的代步工具。当前想要大规模地生产销售电动汽车还不具有那样的发展条件，甚至未来几年或者几十年都存在着一些不确定因素，必须要进一步地研究新型技术才能使其变为普遍的交通工具。即使现实比较残酷，但是当前社会各界人士都很期待着电动汽车的深层发展，其中政府也在诸多领域推行演示电动汽车所带来的优点，起到了一个领头羊的作用。这极大地刺激着一批优秀人才努力钻研电动汽车新技术的热情，而与电动汽车直接挂钩的电动汽车快速充电器的研究更是息息相关，也是急需投入大量资金技术来生存发展。但是，从近年来欧洲国家在电动汽车及其相关产业投入的资金以及关注度来看，我国在这方面尚还有不足。对此，电动汽车及其快速充电器的研究已经是亟不可待了。1.3 主要设计任务与预期成果1)内容：(1) 收集资料，比较各种变换器，说明变换器的优点，确定课题方案； (2) 设计原理电路的总体； (3) 设计 pcb线路板图；2)原始数据： (1) 输入电压和频率：交流180v-264v, 50-60hz ；(2) 额定输出电压和电流：直流72v,直流28a ； (3) 额定输出功率：p=2000w； (4) 开关频率: 66khz 。3)技术要求：(1) 输入电压和频率见表1-1表1-1输入电压和频率的要求输入单元最小值正常值最大值输入电压180vac220/230vac264vac 输入频率47hz50hz/60hz63hz(2)负载要求见表1-2表1-2负载的要求输出单元最小值正常值最大值空载输出电压-5%，68.4vdc72vdc+10%，79.2vdc带载28a输出电压-5%，68.4vdc72vdc+5%，75.6vdc输出纹波300mvp-p(3) 工作效率输出效率： 80% 。4)预期成果：(1) 设计72v/ 2000w电动汽车快速充电器原理图； (2) 设计72v/ 2000w电动汽车快速充电器pcb线路板图； (3) 所设计的图纸的图形符号和文字符号应符合有关电气制图国家新标准。2 方案设计与论证2.1 方案一：基于高频逆变桥的电动汽车快速充电器设计这个电动汽车快速充电器的设计通过高频开关电路来使充电器的重量和体积上面得到相应的减少，避免了一般模式下取决于滤波电容、滤波电感和变压器规格的大小来决定的情况，操作相对比较简单。该设计中整流电路将工频交流经过整流电路整变为直流，然后由高频逆变电路转变为高频交流，再通过变压器传送到高频整流电路，变为脉动直流后经过滤波器输出我们所需要的直流，如图2-1基于高频逆变桥的电动汽车快速充电器原理框图所示：图2-1基于高频逆变桥的电动汽车快速充电器原理框图（方案一）2.2 方案二：基于全桥变换电路的电动汽车快速充电器设计图2-2基于全桥变换电路的电动汽车快速充电器原理框图（方案二）这次设计的电动汽车快速充电器的功率较大，而全桥变换电路拥有的输出功率范围较广，最大程度上能够达到几十大千瓦，sg3525集成芯片通过对电路中的开关管的操作和控制以此来实现电动汽车的电池充电所希望得到的电流和电压，并且全桥变换电路中电动汽车充电器的充电变压器大多都是类似的，这是因为其变压器中的铁芯基本上都会双向磁化的，由此我们可以减少资源的浪费，提高铁芯的利用率，可以重复使用。三相整流滤波电路、zvzcs pwm全桥变换器、隔离驱动电路、sg3525集成芯片以及输出电压电流反馈电路等相关模块构成了这个电路体系，详细如图2-2基于全桥变换电路的充电器原理框图所示。2.3 方案三：基于单端反激式的电动汽车快速充电器设计以uc3842芯片为主的单端反激式电动汽车快速充电器的原理图如图2-3所示。启动电路、整流电路、反馈电路以及过流过压欠压保护电路构成了主要的功能模块。对脉冲宽度进行调制的技术（pwm）在迅猛发展的电力电子行业中，凭借着其电流型模式的拓扑结构用在控制电路中的功能被同行业界迅速认可。电压、电流双闭环系统中的一个重要分支那便就是电流型模式的pwm控制系统，精度高并且电压稳定，既可以实时监控开关管的内部电流，又可以控制电压外环，因此它的应用是相当的普遍。图2-3 以uc3842芯片为主的单端反激式电动汽车快速充电器原理框图（方案三）2.4 方案的论证与选择方案一所选高频逆变桥为核心的充电器的设计虽然提供恒压、恒流及恒压恒流自动转换等三种工作方式，但是它的使用寿命相对较低。对于电动汽车快速充电器而言，不是最佳选择。方案二基于全桥变换电路的充电器虽然输出功率范围的上限可以达到几十千瓦，但是在开关管的开关过程中，电压和电流的交叠区会产生较大的损耗，相比较而言反激式的充电电路就起到了节约能源的作用。方案三的单端反激式电路相对于其他两个方案来说结构简单，体积较小。再加上pwm技术的迅速发展，更进一步的加强了该电路的稳定性。综上所述，我更偏向使用方案三。a. 采取uc3842集成芯片。uc3842集成芯片就是属于电流型模式的pwm控制器的那种类型，相对于过去的电压型模式结构的开关电源控制电路来说，输出的系统是电流电压双闭环的系统，不仅能够监测电流的开关管连同着其中的一个内环，并且还能够实时监控输出的电压大小情况，然而以前的电压型模式一方面本身线性调节精度还是比较低的，再者缓慢的系统响应也很是令人值得去商榷一下的。b. 采用的是单端反激式电路模块。单端反激式原理图如图2-4所示，在mosfet功率管q1正向导通的情况下，电路中t1变压器的一次侧的绕组上拥有的电能将会有所提升，于是乎，t1的二次侧绕组由于整流二极管vd的反向偏置迫使它根本接受不到传输过来的能量。当q1闭合的时候t1变压器电路便会出现断路的局面，最终导致绕组的磁性发生变化，从而变压器t1二次侧中的电流就会重新流进了电容c中。从整个电路的情况来看的话，变压器t1在该电路中发挥了储蓄能量的作用。c图2-4 反激式原理图c. 单端反激式电动汽车快速充电器结构框图如图2-5所示。从下图中可以大致了解整个内部流程机制的走向，从交流输入到输出整流，再由反馈控制电路起到一个桥梁的作用，整体的效果结构还是比较紧凑的。图2-5反激式电动汽车快速充电器结构框图3 单端反激式电动汽车快速充电器主电路设计从图2-5中我们知道电动汽车快速充电器的主电路由输入保护电路、高频变压器、输出整流滤波器、光耦反馈电路以及控制电路所组成的。关于对应模块的设计思路方法都会在下面的文字中一一详细地介绍。至于电动汽车72v/2000w快速充电器的设计整体原理图详见附录1。3.1 输入整流滤波电路的设计存在着系统就会有干扰信号的产生，而在这次设计的电路系统里面共模信号与差模信号的存在就是这干扰信号的来源，二者相形比较之下，差模干扰对于主电路的影响还算是比较轻微的，可以忽略不计，相反的是，共模信号对整个电路的冲击倒是不小，为此，我们需要找到一个合适的滤波器来使共模信号的干扰尽可能地最小化，而emi滤波器正是一个不错的选择，把它加在原理电路图的输入与输出之间接能够达到我们所需的减轻共模信号干扰的目的。而对于充电器噪声的解决可以由电磁干扰滤波器来充当这样的装置，电网发出的噪声能够很好地被它所降低，对于系统全面的稳定性和安全性都能够得到相应的改进，另外电子设备仪器的抗干扰能力会有进一步地改善，构成该装置的元器件也相对简单，诸如电容、电感等一些常见的电子器件，所以相对来说价格经济实惠而且易于宣传推广，简单上手。3.1.1 输入滤波器设计图3-1输入的emi滤波器的基本电路输入的emi滤波器如图3-1所示。其中，cx1与cx2称为差模电容。l1称为共模电感。cy1与cy2称为共模电容。emi滤波器属于一种双向滤波器，其共模电感l又叫共模扼流圈，它是在同一个磁环的上下两个半环上，都绕制了相同圈数但在环绕的方向上完全相反的线圈。因此能够实现无损耗的传输，其根本原因就是当工频电流i上流过l1、l2的时候各自产生的磁场恰巧方向相反大小相等，实现了相互抵消，而且这对于流过的工频电流没有什么影响。假使共模电感上有分支电流从电流i1中流出来经过l的话，那么滤波器中上下两个绕组的的磁场会因为电流同向而使其在同相上互相叠加，这时总电感迅速增大产生很大的感抗，从而能够消除共模干扰带来的影响。电感量l（mh）与输入的emi滤波器的额定电流i（a）之间的关系如下表3-1所示：表3-1电感量与额定电流的关系额定电流i(a)12345电感量l(mh)823240.40.80.20.300.083.1.2 输入整流电路设计图3-2 输入的桥式整流电路输入的桥式整流电路如图3-2所示，d1、d2、d3、d4这四个二极管的连接方式在电路中构成了一个电桥，也就是所谓的桥式整流电路，由于二极管的正向导通、反向截止的特性，电流的方向会随着电压的方向时不时地发生变化。交流输入电压的一个完整周期是有正半周期和负半周期一起组成的，在正半周期内，二极管d1和d3导通、d2和d4截止；相反，在交流输入电压的负半周期内，二极管d1和d3截止、d2和d4导通。于是在这样的情况下，输入的桥式整流电路在一个周期中，直流输出电流和直流输出电压的方向都是固定不变的。图中电容c6的功能是负责把经过桥式整流器变换得到的脉冲电流转化成波动范围偏小、输出波形更加稳定平滑的直流电压。3.2 输出整流滤波电路的设计3.2.1 输出emi滤波器设计图3-3 输出整流电路的emi滤波电路输出整流电路的emi滤波电路如图3-3所示，该电路emi源的核心便是图中的二极管vd3，它的吸收电路的组成部分是与它串并联的r6、c10元器件，主要功能是吸收消除它在开关切换的时候制造出来的电压尖峰来保证系统的稳定，当然对于开关电源自身所带来的干扰，我们只能尽全力地去将它的不良影响程度最小化，想要从根本上消除它们几乎是完全不可能的，所以我们可以在器件的选择上挑选那些符合设计功能的vd二极管来减轻误差带来的干扰。图3-4 开关电源输出回路的emi滤波器开关电源输出回路的emi滤波器如图3-4所示，线圈l1和l2组成的共模扼流圈加上c1、c2两个电容以及扼流圈l3，这些电子元器件一起构成了输出回路的emi滤波器。将它放在直流输出端的目的就是为了能够消除共模信号与差模信号的干扰，扼流线圈有的时候会因为磁芯过于饱和所产生的高强度磁场而使它的特性失去，对于这个问题的解决，我们可以采取在高磁场强度下具有很好的高频特性的扼流圈铁芯，如果该铁芯的磁导率良好而且稳定那就再好不过了。3.2.2 输出高频整流电路在我们学过的开关电源的整流电路中，也曾了解过许多现代的整流电路，比如普通整流电路、倍流整流电路、异步整流电路、低压大电流高频整流电路以及同步整流电路等相关电路，相比较过去时代的整流电路而言，现今这些整流电路的输出频率着实提高了不少，更加符合现在专业领域的要求。在科技创新日新月异的当代，集成电路技术越发成熟，其规格大小呈现出小型化的趋势。在这次的设计中，我选择的是一般情况下都会用的到的普通整流电路，高频变压器二次侧选择的则是效率较高的半波整流方式。直流输出整流电路如图3-5所示，主要的电子器件由二极管、电容、电感等等。在变压器的二次侧与尾端的电阻器之间我添加了输出储能电感以及输出滤波电容这两个模块，目的是为了使输出电压的波动幅度能够得到一定地减弱，同时使输出功率可以适当地降低。图3-5 直流输出整流电路3.3 启动电路设计图3-6驱动之前启动电路图驱动之前启动电路如图3-6所示，如果6脚（即推挽输出端）可以被触发启动，那么uc3842芯片内部的过压vcc与vef这两个端口即具有欠压锁定功能的比较器搭配上过压安全保护电路，便可以正常地运行整个电路的启动模块。在vcc的电压大小太低的情况下，控制芯片内部便会出现欠压锁定，相反，如果vcc大于36v的话，那么就需要我们把36v大小的稳压二极管接在vcc与ground之间，如果齐纳二极管稳压，那么在36v以下输出电路稳定运行。图3-7 正常工作之后启动电路图正常工作之后的启动电路如图3-7所示，d2是一个稳压二极管，它的功能是确保整个电路的正常进行，而维持系统的持续动力来源的则是与d2串接的辅助绕组电感l，它扮演的角色可以说是一个能量补给站，二者相辅相成。于是乎，我们便能将一个规格大小为47uf的电解电容滤波c103并联到电路中的恰当位置来保障整个系统电路的合理运行。3.4 保护电路设计“保护电路”，顾名思义，就是保护人体或者电子仪器元件免受因电路故障而造成的危害而设计的电路。通常情况下用到的电路保护元件一般都有温度熔断器、熔断电阻等，其中最是普遍用到的就数保险管了。保险管又叫保险丝，是为了确保电路能够安全运行而装在应用电路中电路元件，在电路中它的文字代表符号是“f”或者“fu”，一般情况下我们把它安装在整个电路的输入端，正常工作后，如果电路某个部位意外地发生短路或者过载等过电流的情况，致使保险管发生熔断，此时正常工作的输入电路就会被硬生生地切断，为防止故障进一步扩大起到了一个过电流保护的作用。保险管的内部结构主要是由三个模块组成。首先，最关键的就是熔体，就是它负责保险管作用时切断电流的作用，再者是两个接触电阻相当小的电极，它们的作用是便于减轻安装在电路中的干扰，尤其是要保证这两个电极的导电率也必须足够的好，这样才能在危险发生的时候及时是熔体切断实施保护，最后的部分就是管钳与支持的那部分了，它的机械强度保证了保险管的形状不会轻易地发生改变，另外它的阻燃性与耐热性在预防保险管发生燃烧或已经在燃烧方面具有很好的保护作用。额定电压、电流以及熔断电流这三项参数是保险管的主要指标。额定电压指的就是保险管在正常工作情况下它所能承受的最大电压，额定电流指的就是保险管在安全工作环境下它能承受的最大电流，熔断电流指的就是电路中的电流达到一定的程度足可以是保险管熔断的那个电流值，值得关注的是，当电路中经过保险管的电流只超过额定电流而没有达到或者说已经超出熔断电流的时候，保险管是不会自动熔断起到保护电路的作用的。3.5 通风与散热装置的设计电动汽车快速充电器在长时间地工作后会因为igbt功率元件的导通与开关损耗而产生相当多的热量，而充电器本身的装置空间又比较狭小紧凑，所以为了避免充电器因高温发生损坏，这就要求我们设计一个装置来通风散热，将这些由电路中电子元件工作产生的热能输送到充电器的外界环境中以便让电动汽车快速充电器能够安全长久地使用，提高它的利用率，节约资源。针对晶闸管模块的总功耗进行的散热设计的计算过程如下所示： （3-1）其中表示导通损耗，vce(sat)表示绝缘栅双极型晶体管igbt的导通压降，大小是1.4v，是承受的平均导通电流，大小是28a，dt是占空比，大小是0.4。开关工作的频率是66khz，那么开关损耗如下： （3-2）式中查表可得，取值为。 总功耗如下： （3-3）通过查询eupec数据手册可以知道二极管的损耗、通态压降、平均电流，占空比d取值是0.6，那么损耗如下： （3-4） （3-5） （3-6）综合上面所列的公式，带入数据进行相关计算，得到： 那么充电器中的功率变换器中的总功耗计算结果如下所示： 依据现实器件所需选择合适的大小，igbt的封装面积式中：k取0.5，单位。4 单端反激式充电器控制电路设计4.1 控制电路的设计芯片引脚图如表4-1所示：表4-1 uc3842引脚功能序号引脚名称引脚功能1comp内部误差放大器的输出端，通常此脚与2脚之间接有反馈电路，以确定误差放大器的增益效果和频响。2vfb是反馈电压输出端，此脚与内部误差放大器同相输入端的基准电压（一般为+2.5v）进行比较，产生控制电压，控制脉冲的宽度。3isense电流传感端，在外围电路中，在功率管的源极串接一个小阻值的取样电阻，将脉冲变压器的转换成电压，此电压送入3脚，控制脉宽。此外，当电源电压异常时，功率开关管的功率增大，当取样电阻上的电压超过1v时，uc3842就停止输出，有效的保护了功率开关管。4rt/ct定时端，锯齿波振荡器外接定时电容c和定时电阻r的公共端。5ground接地。6output是推挽输出端，该输出端用来驱动开关管的门极，控制开关管的关断。7vcc提供直流电源供电流，芯片uc3842另外还具有输入电压欠压锁定功能，分别为16v（通）和10v（断）。8vref5v基准电压输出端，有50ma的负载能力，它通过定时电阻rt向定时电容提供充电电流。图4-1 内部结构及管脚图pwm控制芯片uc3842内部结构及其管脚如图4-1所示，该芯片调制器采取的是单端输出的形式，其内部的场效应管或者双极性的功率管都可以被直接驱动。它的长处在于简易的外围电路、较小的启动电流、数量较少的管脚、工作频率f高达500khz并且电压调整率直至0.01%。它集成了输入和基准欠电压锁定电路、振荡器、pwm锁存器、电流检测比较器以及误差放大器等模块，性能优良并且沿着集成化、高频化、小型化的趋势迅速发展。图4-2控制电路原理图uc3842控制的电路原理图如图4-2所示，它的2脚也就是电压反馈脚，将它接地，comp端口即uc3842芯片的误差放大器的输出端直接接到光耦pc817的集电极，这样便可直接用1脚充当反馈，随后与3脚测定的insense取样电流二者进行相互对比，通过pwm锁存器输出驱动信号从而使电路的反应能力更加灵敏。直接利用1脚作为反馈，其实也就是相当于增加了一个过载保护装置，例如发生电路过载异常等情形时，用来环路补偿的1脚电压会很快降低进而导致6脚的输出截止，起到一个保护电路的作用。4.2 反馈电路设计如图4-3所示，代号d11的tl431稳压管配合pc817光耦作为反馈电路，起到了一个监测、通断取样分析、反馈的作用，tl431稳压管元件当中的2.5v基准电压会和经由与光耦pc817的2脚串接的r5分压之后的输出电压uo二者进行比较，此时就会存在一定的电压偏差，而另一方面uc3842控制器的占空比便是由刚才的误差电压经过光耦pc817来控制的，这样形成的环路补偿电路就可以比较轻松地操控着输出电压，而一旦这个环路出现波动幅度较大时，我们就可以通过调节pc817光耦和tl431这两个模块来使其稳定。图4-3 反馈电路图4.3 控制电路的保护电路设计如图4-4中的uc3842芯片提供的保护电路所示，取样电阻r12与uc3842的电流测定端isense口相串接，以此用来监测峰值电流，因为在制造uc3842芯片时其内部就已经设置了一个大小为1v的截止电压，一旦电流出现异常致使r12分担的电压值超过该截止电压1v，那么脉冲宽度调制便会自动关闭发射的脉冲，以达到安全稳定控制输出的最大电流，防止因电路过载或短路造成的过流危害。r12监测的峰值电流大小为iipm=1v/r，我们可以选取3.2v/2w规格的电阻来充当r12这个监测电阻。考虑到本次任务书给的输入电压介于最小值180v与最大值264v之间，又要保证电路能够正常地运行，加上输入的三相交流电中出现的120v大小的反电势，对线圈的漏感造成的影响也不可以轻易忽略，并且漏感电压最大值高达100v，这就要求我们的电路设计能够经得住362+120+100=582v这样的最大承受电压，所以我们选取的mosfet功率管就必须能经受得了高压即耐压性能要好，为此，100v左右的mth6n100规格的mosfet功率管恰好可以符合现实情况所需的要求。 图4-4 uc3842提供保护电路5 充电器电路变压器的参数选择与计算5.1 高频变压器的计算变压器主要有视在功率、电压比、效率等参数，其中变压器一次侧绕组与二次侧绕组匝数比与视在功率需要着重仔细的计算。5.1.1 变压器磁芯的选择本次变压器磁芯选择的是价格便宜、高阻率以及磁芯的重复使用率较高的ee型磁芯，它是由软磁的铁氧体磁性材料构成的，并且它的交流涡流损耗相对来说还是非常的低的，所以我把它用到此次的方案设计中来了，既节约又高效。5.1.2 变压器主要参数的计算a. 变压器输出功率 （5-1）b. 变压器计算功率 （5-2）其中，表示电源的效率c. 设计的输出能力 （5-3）其中，ap是磁芯截面积乘积，单位是cm4；pt 是变压器计算功率，单位是w；bm是工作磁感应强度，单位是t；kj是电流密度系数；f 是工作频率，单位是hz；kw是窗口占空系数。（其中bm为0.2t；kj为468；kw为0.2）根据式（5-3）的计算结果可知ee65型磁芯的参数和尺寸最符合这次设计要求的目的。d. 线圈计算本设计的高频变压器设计采用ee65型磁芯，设定占空比=0.9。 （5-4） 变压器的二次侧匝数n2的计算过程如下: （5-6） 匝 （5-7）匝 所以变压器的二次侧的绕组匝数可以选择6匝。5.2 其他元器件的选择与计算 图5-1 tl431的内部结构图tl431的内部结构如图5-1所示，从上图可以直观了解到其内部存在着一个2.5v的基准源vref，它的位置接在了运算放大器的反相输入端，图中的三极管的类型为npn型，主要的作用是为了调节电路里面的负载电流，并且在其旁边并联的二极管主要是为了避免anode端与cathode端极化影响tl431的性能。6 pcb布置图的设计6.1 选择各元器件的封装在画pcb图之前我们必须了解一些元器件的封装，才可以实施下一步的操作，所以对于一些经常用到的封装整理如下如下表6-1所示：表6-1常见元器件封装序号名称原理图中名称封装属性1电阻res1,res2,res3,res4axial系列2无极性电容caprad-0.1到rad-0.43电解电容electroirb.2/.4到rb.5/1.04电位器pot1,pot2vr-1到vr-55二极管d1diode-0.4，diode-0.76三极管to-18,to-22,to-37整流桥bridge1,bridge2d-44,d-37,d-468瓷片电容rad0.1-rad0.39电解电容rb.1/.2-rb.4/.810发光二极管rb.1/.211集成块dip8-dip4012电源稳压块to126h和to126v6.2 pcb电路板的设计pcb的电路板设计按如下的顺序依次进行：a. 首先从已经画好的sch电路原理图中了解需要的是哪些元器件的元件库及其封装，并结合本次使用的altium designer 10 软件本身自带的元器件库及其封装，经过一番仔细盘查之后，发现有一些元器件的封装很难找到，这就需要我们亲自动手根据所需元件的规格大小型号仔细制作，并加以保存安装到库里。b. 接下来根据pcb创建向导，在file面板上单击选择pcb board wizard创建新的pcb板，对比电路原理图的内容规格尺寸利用altium designer 10对pcb线路进行绘制，当然前提是要在pcb的mechanical层进行物理边界的设置而且在其内部的电气边界要在keepoutlayer层上进行绘制，螺丝孔的位置以及插件等等在布线区域里外合理布置避免出现一些低级失误。c. 在进行大体的布局之后进行电气规则检查，弹出错误连接后对照原理图重新修改绘制直到解决所有的问题。d. 布线的优化和丝印要根据电路原理图及pcb的层数规格大小来安排，如果我们用到的是多层pcb，毫无疑问就需要铺地线，至于丝印，由于pcb板只有两层，过程还算是相对比较轻松的，需要注意的是丝印不能让器件遮挡到，一旦发现及时改正过来，避免不必要的混乱。e. 在进行了多次的检查纠正确保pcb最终图板质量后就可以制板了。6.3 pcb电路板元器件的布置在用altium designer 10 设计完成pcb之后，我们需要对pcb电路板的元器件的位置进行合理优化地放置。一般情形下，我们把电气关系连接紧密的几个部位元件放在一起，避免连线杂乱无章，也就是所谓的模块化布置法，接着从电路的边缘拉网式地向电路板的中央依次布置电源、信号线、开关信号电路、滤波反馈等电路模块，其中滤波电容与兆耦电容应该尽量在电源周边布置，总的来说，放置各功能模块中的元件时既要考虑元件实际本身的大小形状，也要考虑该模块是否与另一个模块有相同的属性以便可以划分到一个区域，这样做到分区管理为之后的调整提供了方便，整体效果清晰整齐、多而不乱，最后，在pcb外围为之后的焊接工程留下足够的空间。结束语在大四的这最后一学期里，为了能够顺利地完成毕业设计，我们把之前三年学过的知识重新加以温习，进进出出学校图书馆查阅相关资料，进行笔记的整理，加上网上的搜索将这些零零散散的知识点加以融合运用，丰富了自身的知识体系，为以后的实际运用打下了坚实的基础，也算的上是为大学四年来的生活画上一个圆满的句号。在本次的设计中通过比较不同方案之间的优缺点联系实际操作可行性，我选择了pwm电流型模式的uc3842芯片控制的单端反激式电动汽车快速充电器的方案，根据任务书的要求，输入的电压在180v264v之间，输出电流为28a以及输出电压为72v、功率2000w。我在这次电路中的各个子电路之间加入了很多的具有滤波功能的电路模块以此来减少输出纹波的幅值波动。经过不停地研究、论证、修改，我们用到了电力电子技术、数电、电路、模电、单片机控制技术、自控等等相关的知识，也算是毕业前的一次综合练兵。尽管如此，这次的设计之中也有很多的瑕疵之处，由于缺乏相关的专业知识和水平的不够，对于反激式变换器的三种工作模式：电流连续模式（ccm）、电流断续模式（dcm）以及电流临界连续模式（bcm），没有全方位地考虑以致存在着一定的漏洞，同时，设计的原理电路中相关的参数造型没有经过仿真实验的考证，其正确性也是值得商榷的。参考文献1 基于电动汽车充电的一种改进型快速充电方法杨梦勤，吕志鹏，樊绍胜编著，电力电子技术，2014年。2 反激式变换器dcm与ccm模式的分析与比较孟建辉，刘文编著，通信电源技术， 2011年。3 反激变换器不同工作模式时的稳态分析与设计高逊编著，电子设计应用，2012年。4 电动汽车快速充电器的研究赵波编著，西南石油大学，2012年。5 电动汽车车载智能快速充电器的研究与设计杨婷，景占荣，高田编著，现代电力， 2011年。6 反激变化器不同工作模式时的稳态分析与设计张兰红，陈道炼编著，盐城工学院 报（自然科学报），2002年。7 电动汽车电池智能快速充电器的设计黄会雄，袁力辉，苏神保编著，微计算机信 息，2013年。8 基于dcm模式的高压输出反激变换器章治国，唐艳编著，微电子学，2011年。9 电动汽车充电器拓扑的设计考虑秦海鸿，朱德明，严仰光编著，电源技术应用， 2011年。10基于bms的电动汽车充电器设计米长宝编著，西南交通大学，2011年。11单片微机原理与应用罗印升主编，机械工业出版社，2012年1月。12微机原理与接口技术周 鹏主编，机械工业出版社，2011年3月。13单片微机原理及应用（第三版）丁元杰主编，机械工业出版社，2011年6月。21致 谢经过一番忙忙碌碌，从毕业设计的选题到相关资料的收集，从方案论证的选择到查漏补缺的修改，从同学之间的学习交流到教学楼图书馆之间的往复奔波，直到此时的定稿，猛然发现再过不久就要离开这再也熟悉不过的校园，心中充满万般不舍、感慨颇多。在即将离开校园踏入社会的时候，有太多的人、太多的事值得我去感谢。首先我十分感谢我的导师胡国文教授，在设计过程中当我屡屡碰壁百思不得其解的时候，胡教授都会把我们叫到怀德楼对我们进行一一详细地指导，胡教授平时工作繁忙但仍不忘抽出时间来关心我们的毕设进度，正是这份悉心的关注，才使我们能够顺利地毕业。在此，我向您表示最真挚的敬意！胡导师的踏实作风、敢于创新、不断超越的精神也给我们树立了榜样，让我们在以后的职业生涯发展中找到了学习的方向。此外，我还要感谢与我一组的陆承宇、许益超等同学在此次毕业设计中提供的帮助，感谢每一位曾经教给我专业知识技能、给我上过课的老师，在这儿请允许我把这毕业设计献给我所有的师长、我的同窗和我的朋友及家人们。最后，郑重地感谢百忙之后仍不辞辛苦前来查阅这篇毕业设计的诸位老师！ 作者： 日期：附 录附录1：设计原理图附录2：pcb正面元器件布置图附录3：pcb反面布线图附录4：元器件目录表29附录1：设计原理图附录2：pcb正面元器件布置图附录3：pcb反面布线图附录4：元器件目录表序号代 号名 称规格型号数量备注1r1电阻rj1-0.25 0.1k 12r2电阻rj1-0.25 9k 13r3电阻rj1-0.25 2k 1