【《某车载充电机总体结构设计案例概述》2000字】

某车载充电机总体结构设计案例概述目录TOC\o"1-3"\h\u75某车载充电机总体结构设计案例概述 143591.1充电模式分析 139011.2车载充电机拓扑结构设计方案 224401.1.1前级PFC电路 2269601.1.2后级DC/DC电路 41.1充电模式分析充电形式的不同，汽车动力电池的寿命、充电时间的长短、安全系数高不高也会不尽相同，大部分情况业内普遍认为充电形式有:恒流充电、恒压充电、阶段性充电。（1恒流充电如图2-1(a)所示，在恒流充电模式中，充电电流是预设好的确定值，动力电池内阻伴随着充电时间增长而增大，根据欧姆定律可知动力电池的电压也会伴随着时间而增大。一旦电压达到了所设置的数值后就不再继续充电。恒流充电模式的控制方式很容易，不需要复杂的控制策略。这种方法可以杜绝充电电流大于设定值对电池产生损伤降低了电池寿命，但是有得必有失，充电的不可避免的会长一些。(2)恒压充电如图2-1(b)所示，在恒压充电模式中，充电电压是预设好的确定值，充电电流会伴随着充电时间的增加而减少，当减少到所设置的数值后，就不再充电了。恒压充电时杜绝了过度充电的难题，但充电刚刚开始的时候动力电池的内阻很小，根据欧姆定律可知充电电流会很大，大电流会损伤电池影响使用寿命。(3)阶段性充电如图2-1(c)所示，阶段性充电：首先恒流充电，使动力电池的电压逐渐升高，直至升高到设定值后就变成了恒压充电，恒压充电过程中充电电流缓慢减小到设定值后停止，最后是涓流充电。先恒流后恒压既可以缩短充电时间又可以解决充电前段时间的充电电流过大伤害电池，最后的涓流充电是在恒流恒压充电结束后对动力电池进行恒压小电流充电，此种方式一举两得。实现双赢。图1.1充电方式1.2车载充电机拓扑结构设计方案1.1.1前级PFC电路PFC电路作为一种目前比较常见的电路设计方案，已经被广泛的应用在了工控自动化、通讯等领域，可以有效的提升整个电路系统的稳定性。一般来说，PFC电路按电路中按照有无有源器件分为两种电路：无源功率因数校正电路（PassivePowerFactorCorrection,PPFC）和有源功率因数校正电路（ActivePowerFactorCorrection,APFC）。传统PFC电路仅有L和C无源器件，经过传统PFC电路改进后得到填谷式PFC电路，填谷式PFC电路是由电容和二极管构成，储能电容的充放电状态随着输入电压的变化而变化，它可以通过消除高次谐波来校正功率因数。两种无源PFC电路结构图如图3.1所示。无源PFC电路虽然制作成本低并且效率很高，结构也是很简单。但体积过大，输入的电流会有很大谐波，产生电路污染。因此大部分用于对体积、性能要求不高且功率较低的设计中[11]。而本设计所研究的是中大功率车载充电机，因此不使用无源PFC电路作为前级PFC电路的主电路，而选用有源PFC电路。填谷式PPFC体积比传统PPFC要小很多，去除了很多传统PPFC的糟粕。大功率设计中科学家们大多考虑这种方案，本设计也是学习了很多填谷式PPFC的优点。传统PPFC(b)填谷式PPFC图1.2两种PPFC电路在目前国内的新产品设计研发方面，APFC设计占据了新产品类型中的多数。想要实现APFC，按电感扼流圈有无存储电流来分类，则有连续传导模式（CCM）和不连续传导模式（DCM）两种。CCM模式比较适用于输出功率较大的场合，而DCM模式则更适用于200W以下的中功率的APFC变换器。就这两种技术的优缺点而言，CCM具有显著的优点，采用这种传导模式的APFC电路输入和输出电流纹波小、THD和电磁干扰（EMI）小、滤波容易，且RMS（RootMeanSquare）电流小、器件导通时不会产生过多的损耗，更加适应于大功率设计，所以本设计采用CCM模式。单相APFC技术研究早，有了较为成熟的技术，一般应用在功率不大的场合，它的基本原理是：对输入端的电压和电流波形的进行检测，然后控制六个功率开关管的通断使得输入电流保持与输入电压的相位相同，同时输入电流的波形接近正弦波，最终达到功率因数矫正的目的。这种拓扑对功率开关管的耐压值要求较高，所以一般选择IGBT作为开关管。在本次设计中单相四开关APFC用于单相慢充的前级电路。图1.3单相四开关APFC电路1.1.2后级DC/DC电路DC/DC是整个设计中相当有分量的研究，BMS发出指令后DC/DC根据指令信息立即做出对电压不同的输出电压及其模式的调整，保证工作顺利进行。为提高功率密度、减小集成系统的体积，DC/DC工作在高频开关状态既能提高功率密度、减小集成系统体积。并且本设计引用了softswitch的思想，通过softswitch的方法来减小因升高开关频率而增加的开关损耗，不仅可以让充电效率提高，放电效率也得到了一个可观飞跃。可以用transfomer的漏感来替换LLC谐振网络内的励磁电感，很大程度上让电路的体积得以减小到我们所期望的数值。调节开关频率固定占空比就可以使得开关管调节outputvoltage,非常的方便快捷，有了这些优点，本设计决定采用全桥LLC谐振变换器作为DC/DC后级电路。图1.4LLC谐振电路根据上文对车载充电机前级和后级电路的分析，能够得到完整的车载充电，机的拓扑结构，图1.5是车载充电机的整体拓扑结构，我本设计的结构前级选用三相六开关PFC电路，提高功率因数同时为后级提供稳定在300V的输入电压，可谓一举两得；后级选择的是全桥LLC谐振变换器来输出280V~400V的宽范围电压，还可以