電動(dòng)汽車(chē)充電柱研制畢設(shè)論文

1、本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）電動(dòng)汽車(chē)充電柱研制Development of electric vehicle charging column學(xué) 院： 電子信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 自動(dòng)化 學(xué)生姓名： 孫文強(qiáng) 學(xué) 號(hào)： 11212068 指導(dǎo)教師： 魏學(xué)業(yè) 北京交通大學(xué)2021年11月學(xué)士論文版權(quán)使用授權(quán)書(shū)本學(xué)士論文作者完全了解北京交通大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)士論文的規(guī)定。特授權(quán)北京交通大學(xué)可以將學(xué)士論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，提供閱覽服務(wù)，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說(shuō)明）學(xué)位論文作者簽名： 指導(dǎo)教師簽名：簽字日期： 年 月 日

2、 簽字日期： 年 月 日中文摘要摘要：作為電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)的核心部件，充電柱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一直是研究的熱點(diǎn)。目前，國(guó)內(nèi)外很多企業(yè)和單位都開(kāi)始對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)進(jìn)行研究。本文主要圍繞著全橋變換器進(jìn)行電動(dòng)汽車(chē)充電柱系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作。首先，本文對(duì)現(xiàn)今國(guó)內(nèi)外充電技術(shù)有了一個(gè)比較詳細(xì)的介紹。在此基礎(chǔ)上，針對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電系統(tǒng)的特點(diǎn)，最終設(shè)計(jì)了基于移相全橋ZVS變換器的主電路方案，研究了該變換器存在的占空比丟失、副邊整流二極管振蕩等缺點(diǎn)，并以此為基礎(chǔ)進(jìn)行了參數(shù)設(shè)計(jì)。隨后，對(duì)移相全橋ZVS變換器進(jìn)行建模，得出了系統(tǒng)開(kāi)環(huán)函數(shù)。設(shè)計(jì)了以TMS320F28335為基礎(chǔ)的控制電路，包括檢測(cè)電路、IGBT管驅(qū)動(dòng)電路以及保護(hù)電路

3、等，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行了計(jì)算。最后，以MATLAB/Simulink軟件對(duì)設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。對(duì)各部分輸出波形進(jìn)行了相關(guān)數(shù)據(jù)分析和驗(yàn)證。關(guān)鍵詞：電動(dòng)汽車(chē)充電；移相全橋；MATLAB;DSPABSTRACTABSTRACT:As the core component of electric vehicle charging system, charging column topology has always been a research hot spot. At present, many enterprises and units are for electric vehicle char

4、ging system were studied. This paper mainly revolves around the full bridge converter for electric vehicle charging column system design work.First of all, in this paper, the current charging technology at home and abroad have a more detailed introduction. On this basis, according to the characteris

5、tics of the electric vehicle charging system, final design based on phase-shift full bridge ZVS converter main circuit scheme, study the duty ratio of the existence of converter lost, deputy shortcomings, such as edge rectifier diode oscillations and based on the parameter design.Based on this, the

6、phase-shift full bridge ZVS converter modeling, it is concluded that the open loop system function. Design the control circuit based on TMS320F28335, including the detection circuit, IGBT driving circuit and protection circuit, etc., and the parameters are calculated.Finally, using MATLAB/Simulink s

7、oftware to design the circuit of system are simulated. On the part of the output waveform data analysis and verification.KEYWORDS :The electric car charging; Phase-shift full bridge; MATLAB; DSP 目 錄中文摘要3ABSTRACT41 引言71.1電動(dòng)汽車(chē)充電柱研制的研究背景與意義71.2電動(dòng)汽車(chē)國(guó)內(nèi)外研究狀況71.2.1國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)研究71.2.2國(guó)外電動(dòng)汽車(chē)研究現(xiàn)狀81.3 電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)介紹91.

8、4課題研究主要內(nèi)容112 電動(dòng)汽車(chē)充電柱方案研究122.1 電動(dòng)汽車(chē)充電柱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇122.2 電動(dòng)汽車(chē)充電柱方案選擇152.3 本章小結(jié)163 移相全橋ZVS變換器的工作原理及相關(guān)問(wèn)題163.1 移相全橋ZVS變換器的基本工作原理163.2 移相全橋ZVS變換器的工作過(guò)程173.3 移相全橋ZVS變換器相關(guān)問(wèn)題的分析183.3.1 零電壓開(kāi)通實(shí)現(xiàn)183.3.2 副邊占空比的丟失193.3.3 副邊整流二極管振蕩203.4 本章小結(jié)204 變換器參數(shù)設(shè)計(jì)204.1 主電路高頻變壓器設(shè)計(jì)214.2 開(kāi)關(guān)管的選擇224.3 電感和電容的選擇234.3.1 輸出濾波電感和電容參數(shù)的設(shè)計(jì)234.4

9、諧振電感和電容的設(shè)計(jì)234.5 本章小結(jié)245 電動(dòng)汽車(chē)充電柱電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)245.1充電柱控制系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)255.1.1 TMS320F28355最小系統(tǒng)255.1.2 檢測(cè)電路設(shè)計(jì)275.1.3 IGBT管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)295.1.4 保護(hù)電路設(shè)計(jì)305.2 充電柱控制系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)325.2.1 主電路信號(hào)模型建立325.2.2 全橋電路數(shù)字控制策略335.2.3 設(shè)計(jì)PWM信號(hào)345.2.4 AD采樣345.2.5 整體控制流程345.3 本章小結(jié)356 主電路MATLAB仿真與結(jié)果分析356.1 主電路MATLAB仿真356.2 本章小結(jié)387 結(jié)論38參考文獻(xiàn)38致 謝391 引言1.1

10、電動(dòng)汽車(chē)充電柱研制的研究背景與意義隨著人類生活水平的提高，人類對(duì)于代步工具的選擇，越來(lái)越趨向于私家車(chē)，而汽車(chē)在燃油方面極度需求，在對(duì)石油需求的同時(shí)，大量汽車(chē)排放的尾氣對(duì)周?chē)顡Q環(huán)境的勿擾也是不可避免的，所以，發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)將是一個(gè)解決先進(jìn)燃油汽車(chē)劇增的方案。人類對(duì)于能源的恐懼，造成了先進(jìn)發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的潛力，隨著各種工業(yè)的發(fā)展，人類對(duì)于石油能源的需求已經(jīng)遠(yuǎn)超過(guò)我們的想象，所以發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)成為一種趨勢(shì)。隨著汽車(chē)誕生以來(lái)，汽車(chē)數(shù)量每年都在劇增，以前，你幾乎看不到汽車(chē)，更沒(méi)有停車(chē)?yán)щy這件事情，而隨著生活水平提高，汽車(chē)擁有者變多，大家出門(mén)，開(kāi)始擔(dān)憂的不是能不能找到一個(gè)自己想去的地方，而是擔(dān)心自己能不

11、能為汽車(chē)找到一個(gè)停放的地方，同時(shí)，某些地方為了應(yīng)對(duì)汽車(chē)增長(zhǎng)，開(kāi)始了限號(hào)措施，對(duì)于牌照的發(fā)放，也實(shí)現(xiàn)了搖號(hào)的方式，這種情況更確定的需要發(fā)展代替燃油汽車(chē)的電動(dòng)汽車(chē)。 在1990年之前，單純的以電力為能源的電動(dòng)汽車(chē)已經(jīng)被開(kāi)發(fā)應(yīng)用，但是由于當(dāng)時(shí)電池性能的低下，導(dǎo)致電動(dòng)汽車(chē)并沒(méi)有被推廣。隨著電力電機(jī)技術(shù)的發(fā)展，歐美國(guó)家率先得到技術(shù)的支持下發(fā)展了電動(dòng)汽車(chē)。與此同時(shí)，電力與燃油同時(shí)驅(qū)動(dòng)的混合動(dòng)力汽車(chē)也被各個(gè)公司開(kāi)發(fā)研究。在這方面，日本最早開(kāi)始生產(chǎn)和開(kāi)發(fā)混合動(dòng)力汽車(chē)，并逐漸將其產(chǎn)業(yè)化，世界上最早被大批生產(chǎn)并應(yīng)用的便是1997年豐田生產(chǎn)的混合動(dòng)力汽車(chē)，到現(xiàn)在為止，已經(jīng)售出了超過(guò)200輛。在國(guó)際汽車(chē)市場(chǎng)上，奔馳，

12、沃爾沃等眾多知名汽車(chē)廠商也都前后開(kāi)發(fā)了燃油電力兩用汽車(chē)。同時(shí)，我國(guó)在第十二個(gè)五年計(jì)劃中，也重點(diǎn)的提出了要加強(qiáng)中國(guó)的電動(dòng)汽車(chē)行業(yè)，將其做大，做強(qiáng)。過(guò)年知名汽車(chē)廠商，一汽、東風(fēng)、比亞迪等都響應(yīng)號(hào)召，爭(zhēng)相研發(fā)電動(dòng)汽車(chē)，并將其在市場(chǎng)上得到應(yīng)用。 在電動(dòng)汽車(chē)大發(fā)展的背景下，確立了對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電柱進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。一輛汽車(chē)不管是靠燃油還是電力，都必須有驅(qū)動(dòng)它前進(jìn)的動(dòng)力，因此，對(duì)汽車(chē)充電柱的研究，更是顯得十分重要。以電力為唯一能源的純電動(dòng)汽車(chē)，其電力儲(chǔ)存在車(chē)載蓄電池中，那么，能否快速的將高壓電以直流形式?jīng)_進(jìn)汽車(chē)蓄電池中，便成為了研究的重點(diǎn)，同時(shí)，也決定了電動(dòng)汽車(chē)能否在市場(chǎng)上走的更遠(yuǎn)，未來(lái)的電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)的發(fā)展

13、勢(shì)頭一定是以快速、清潔、智能的充電方式為主。一個(gè)高效率的蓄電池充電系統(tǒng)，是一個(gè)汽車(chē)系統(tǒng)中重要的一個(gè)系統(tǒng)之一，同時(shí)它也是汽車(chē)能夠走得更遠(yuǎn)，行駛的更遠(yuǎn)的重點(diǎn)所在。1.2電動(dòng)汽車(chē)國(guó)內(nèi)外研究狀況1.2.1國(guó)內(nèi)電動(dòng)汽車(chē)研究 從20世紀(jì)70年代開(kāi)始，我國(guó)開(kāi)始對(duì)電動(dòng)汽車(chē)技術(shù)進(jìn)行了研究，到了90年代逐步發(fā)展。在國(guó)內(nèi)各個(gè)知名汽車(chē)公司的努力研究下，經(jīng)過(guò)“八五”、“九五”、“十五”三個(gè)五年計(jì)劃取得了相當(dāng)做的科技研究成果，電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)也得到了最快的提高。尤其是“863”計(jì)劃對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的支持和 2008 年奧運(yùn)會(huì)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)提出了20個(gè)億的訂單合同，奧運(yùn)會(huì)期間，只有中國(guó)國(guó)內(nèi)制造的電動(dòng)汽車(chē)才可以被

14、應(yīng)用，這對(duì)于我國(guó)電動(dòng)汽車(chē)研發(fā)者和研發(fā)公司而言，是一個(gè)比任何鼓勵(lì)都來(lái)的實(shí)際的催化劑。  在國(guó)家發(fā)展計(jì)劃中，制定了專門(mén)發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)的專項(xiàng)，致力于發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)，大家不分官、產(chǎn)、學(xué)、研，統(tǒng)一起來(lái)，大家眾志成城聯(lián)合起來(lái)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行攻關(guān)。2001年9月正式啟動(dòng)了專項(xiàng)計(jì)劃，國(guó)家加撥了8.8億專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)。這8，8億科研經(jīng)費(fèi)用來(lái)支持企業(yè)發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)，使企業(yè)有更好的科研經(jīng)費(fèi)，實(shí)現(xiàn)我國(guó)對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)的一個(gè)長(zhǎng)遠(yuǎn)的發(fā)展。在應(yīng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的政策、法規(guī)、技術(shù)標(biāo)同時(shí)不能放下步研究的步調(diào)，對(duì)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展將會(huì)帶來(lái)的基礎(chǔ)設(shè)施增加作出相應(yīng)的策略。 在不斷努力的6 年中，在國(guó)際先進(jìn)行列汽車(chē)生產(chǎn)中，已

15、然出現(xiàn)了中國(guó)自主研發(fā)的電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)品：在燃料電池汽車(chē)研發(fā)中取得了非常重要的進(jìn)展；實(shí)現(xiàn)了載客運(yùn)行燃油與電力雙動(dòng)力混合汽車(chē)，具備批量小部分生產(chǎn)能力；單純的以電力為核心的電動(dòng)汽車(chē)開(kāi)始批量生產(chǎn)，已經(jīng)在市場(chǎng)出售運(yùn)營(yíng)并已經(jīng)相繼出口。在此期間，燃料電池發(fā)動(dòng)機(jī)也取得了相當(dāng)大的進(jìn)步，已經(jīng)屬于全球領(lǐng)先技術(shù)；發(fā)展了相當(dāng)多的蓄電池產(chǎn)業(yè)，這些產(chǎn)業(yè)的蓄電池多達(dá)幾千瓦，功率巨大，蓄電池的性能與以往相比，大大延長(zhǎng)了蓄電池的供電時(shí)間，同時(shí)，供電的穩(wěn)定性也有了很大的提高；電動(dòng)汽車(chē)關(guān)鍵的底盤(pán)制造，也有了很大的提高，從以前依賴進(jìn)口，到可以自主研發(fā)電動(dòng)汽車(chē)的底盤(pán)?？偠灾覈?guó)電動(dòng)汽車(chē)正在朝著一個(gè)向上的趨勢(shì)，并且這種趨勢(shì)帶動(dòng)了傳統(tǒng)汽車(chē)工

16、業(yè)的發(fā)展。 1.2.2國(guó)外電動(dòng)汽車(chē)研究現(xiàn)狀到二十世紀(jì)初，已經(jīng)有超過(guò)100萬(wàn)輛的混合動(dòng)力汽車(chē)在全球銷售，這個(gè)數(shù)字，預(yù)計(jì)到2015年將會(huì)有期望突破450萬(wàn)輛，而且這個(gè)數(shù)字還在上升，全球市場(chǎng)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的需求正在不斷增加。在各國(guó)汽車(chē)擁有數(shù)目上，美國(guó)最多，同時(shí)，美國(guó)對(duì)于石油的需求與消耗也是巨大的。美國(guó)也為此制定了嚴(yán)格的尾氣排放標(biāo)準(zhǔn)，為了減少對(duì)于石油的需求，美國(guó)出臺(tái)了一系列鼓勵(lì)電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的政策，加大對(duì)電動(dòng)汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的支持，在政策的鼓勵(lì)下，美國(guó)汽車(chē)生產(chǎn)廠商相繼推出了自己的電動(dòng)汽車(chē)與混合型動(dòng)力汽車(chē)。我們所知道的便是，通用公司設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了世界上第一輛電動(dòng)汽車(chē)；雪佛蘭和FUSION也在這一年被推出，這是第一輛混合汽

17、車(chē)；同時(shí)在2013年，克萊勒斯公司也推出了多款單純以電力和驅(qū)動(dòng)能源的電動(dòng)汽車(chē)。不僅僅是美國(guó)在發(fā)展，歐洲也在發(fā)展電動(dòng)汽車(chē)上面有著自己的技術(shù)提高。德國(guó)知名汽車(chē)生產(chǎn)寶馬公司了研究設(shè)計(jì)了7系氫動(dòng)力雙模式的電動(dòng)汽車(chē)；標(biāo)志J5、雪鐵龍C25也在法國(guó)相繼都到了推廣。情況最為特殊的當(dāng)屬日本，日本能源問(wèn)題一直是其國(guó)內(nèi)關(guān)注的重點(diǎn)，所在早在70年代，日本汽車(chē)生產(chǎn)公司就已經(jīng)開(kāi)始對(duì)電動(dòng)汽車(chē)電池進(jìn)行了研究。日本的豐田公司開(kāi)發(fā)并研制了第一輛國(guó)內(nèi)燃料電池電動(dòng)汽車(chē)。同時(shí)，豐田生產(chǎn)的普銳系列混合型動(dòng)力汽車(chē)在全球的銷售數(shù)量達(dá)到了125萬(wàn)。1.3 電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)介紹電動(dòng)汽車(chē)最主要的核心系統(tǒng)便是發(fā)動(dòng)機(jī)，發(fā)動(dòng)機(jī)的能量來(lái)源便是電動(dòng)汽車(chē)上

18、的車(chē)載蓄電池，也就是，用戶將充電柱上的電能直接通過(guò)接線傳送到電動(dòng)汽車(chē)蓄電池上，充電柱的電能，來(lái)來(lái)自直接與電網(wǎng)相連的380V交流電，交流電經(jīng)過(guò)充電柱的一次濾波，將高頻交流轉(zhuǎn)換成了低頻直流，直流電在變換器中經(jīng)過(guò)高壓變頻，產(chǎn)生了直接供給蓄電池的直流電，這時(shí)候的直流電便可以起到給電動(dòng)汽車(chē)蓄電池充電的功能。這類大多是簡(jiǎn)單、便攜、控制簡(jiǎn)單的接觸式充電器。不同的車(chē)型對(duì)應(yīng)于不同的車(chē)載充電機(jī)，因此它的普遍性不是很高。非車(chē)載充電機(jī)獨(dú)立在電動(dòng)汽車(chē)之外的普遍性充電設(shè)備，包括專用充電機(jī)、公共場(chǎng)所充電站等等。可以適用于各種車(chē)型適配的蓄電池。它的功率、占地很大。國(guó)內(nèi)外普遍采用的便是大功率的傳導(dǎo)式充電機(jī)，功率至少是幾千瓦，最

19、大可以到幾百千瓦。具體分類如表2-1所示。表2-1 充電機(jī)分類分類標(biāo)準(zhǔn)充電機(jī)類型連接方式傳導(dǎo)充電機(jī)感應(yīng)充電機(jī)輸入電源單相充電機(jī)三相充電機(jī)安裝位置車(chē)載充電機(jī)地面充電機(jī)功能普通充電機(jī)智能充電機(jī)不管是哪種電動(dòng)汽車(chē)充電方式，目的是為了更加快速安全的給電動(dòng)汽車(chē)進(jìn)行充電。這是一種新的技術(shù)，誰(shuí)掌握了便引領(lǐng)了下一個(gè)科技的核心，在利益與環(huán)境的雙重趨勢(shì)下，各國(guó)都對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)有了一定程度的研究，而這其中，尤其以美日法為帶頭作用。以通用電氣、西門(mén)子、施耐德為首的著名電氣公司為牽頭，陸陸續(xù)續(xù)推出了不同類型的充電機(jī)。國(guó)內(nèi)，投入大量資金在研發(fā)電動(dòng)汽車(chē)充電機(jī)的有北京交通大學(xué)、華北電力大學(xué)和南瑞公司以及比亞迪公司。他們都

20、在攻克這個(gè)世界性的充電問(wèn)題。那就是更快、更準(zhǔn)確、更安全的完成電動(dòng)汽車(chē)的充電。快速的充電，簡(jiǎn)而言之，就是輸入電流大、電壓十分大，充電機(jī)的輸出功率很高，這也對(duì)充電機(jī)有了更高的要求。同時(shí)，電力電子技術(shù)、微處理器和自動(dòng)控制技術(shù)飛速發(fā)展，電動(dòng)汽車(chē)充電技術(shù)也越來(lái)越智能化。為了讓充電機(jī)工作更加穩(wěn)定，對(duì)能量的損耗越來(lái)越少，同時(shí)降低充電機(jī)大功率充電對(duì)于電網(wǎng)的波動(dòng)，研發(fā)過(guò)程中，逐漸的采用了越來(lái)越先進(jìn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和控制策略。同時(shí)，隨著通信行業(yè)和人機(jī)交互技術(shù)的飛速發(fā)展，充電機(jī)的管理也不再是單一的，實(shí)現(xiàn)了更加人性化的充電機(jī)管理和更加讓人易操作的交互界面。跟電腦的發(fā)展相似，人們也將很大的充電站變成越來(lái)越小、越來(lái)越智能的充電

21、樁充電柱。這其中具有代表性的便是GE Watt Station，這款充電機(jī)有著體積小、人機(jī)界面操作簡(jiǎn)單的優(yōu)良特性，更重要的是，他可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)的快速充電。電動(dòng)汽車(chē)充電有兩種方式，最常規(guī)的沖電方式有恒壓、恒流、恒流恒壓充電，快速充電則有脈沖式充電、變電流間歇式充電、變壓電間歇式充電，由于電力電子技術(shù)的不斷發(fā)展，以及大家對(duì)于快速充電的要求，越來(lái)越多的難題便是如何快速充電，所以，對(duì)快速充電作出簡(jiǎn)單介紹。（1） 脈沖式充電如圖1-1所示為脈沖式充電方式曲線圖，通過(guò)對(duì)開(kāi)關(guān)管的循環(huán)開(kāi)通控制，控制充電過(guò)程中的關(guān)斷。蓄電池的接受率有限，如果一直對(duì)蓄電池充電，蓄電池的內(nèi)部離子沒(méi)有充足的時(shí)間反應(yīng)，那么即使充電一

22、直繼續(xù)，電池充電不會(huì)達(dá)到飽和。但是如果我們通過(guò)控制開(kāi)關(guān)管，使它在充電過(guò)程中斷開(kāi)一定的時(shí)間，然后再開(kāi)通，那么就可以讓蓄電池的中的內(nèi)部離子有一個(gè)擴(kuò)散的階段，也可以更好的使電池充電，離子的擴(kuò)散時(shí)間有了，充電池的充電量便有了一個(gè)更大的提升，蓄電量提升，同時(shí)更快的充電，也使得充電效果更顯著。 圖1-1 脈沖式充電技術(shù)（2） 變電流間歇式充電變電流間歇式充電技術(shù)充電曲線如圖1-2所示，在充電前期對(duì)電池輸入大電流，使得電池獲得絕大部分的充電電能，但同時(shí)，電池中的內(nèi)部離子需要一定時(shí)間階段來(lái)充分反應(yīng)，所以在充電中期進(jìn)行關(guān)斷，在充電后期，對(duì)電池輸入電流較小的電流，使得電池充電達(dá)到完全飽和狀態(tài) 。圖1-2 變電流間

23、歇式充電技術(shù)（3） 變電壓間歇式充電變電壓間歇式充電與變電流間歇式充電有著很多相似的地方，只是將電池處于間歇式的充電階段有變電流變成了變電壓，變電壓間歇式充電電壓曲線圖如圖1-3所示。觀察變電壓間歇式充電圖，我們不難看出，隨著充電時(shí)間的增加，電流呈函數(shù)式遞減，同時(shí)這種過(guò)程，也更加吻合電充充電本身的最佳效果，更加的提高了充電的效率，同時(shí)，對(duì)于設(shè)備控制電壓比控制電流更容易，所以，這種方式更適用于生產(chǎn)實(shí)際。圖1-3 變電壓間歇式充電技術(shù)1.4課題研究主要內(nèi)容本次課題中，重點(diǎn)研究的問(wèn)題是如何快速穩(wěn)定的設(shè)計(jì)一個(gè)電動(dòng)汽車(chē)充電柱模型，在利用所學(xué)的知識(shí)，建立主電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)對(duì)電路部分各個(gè)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究

24、，建立起仿真模型。利用仿真軟件對(duì)建立的電動(dòng)汽車(chē)充電模型進(jìn)行仿真并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。重點(diǎn)研究問(wèn)題：（1） 研究當(dāng)前電動(dòng)汽車(chē)充電模式，并對(duì)各種充電方式進(jìn)行比較探究（2） 在各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的對(duì)比中，尤其以全橋拓?fù)鋬?yōu)異，它可以提供大功率的電流電壓，同時(shí)電路的四開(kāi)關(guān)管可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電路電流電壓的控制，所以移相全橋ZVS結(jié)構(gòu)十分合適，并且考慮到了由整流橋帶來(lái)的震蕩問(wèn)題與副邊占空比丟失等問(wèn)題，研究了相當(dāng)多的使拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)更完善的策略。（3） 對(duì)于副邊占空比丟失的問(wèn)題，并在解決占空比丟失問(wèn)題上，設(shè)計(jì)了額外的電路部分。（4） 選擇了TMS320F28335芯片作為控制電路的核心芯片，并以此為基礎(chǔ)，進(jìn)行了控制電路的硬件電路設(shè)計(jì)

25、和調(diào)試，其中設(shè)計(jì)了檢測(cè)、保護(hù)和驅(qū)動(dòng)電路。（5） 設(shè)計(jì)完成了電動(dòng)汽車(chē)充電柱軟件設(shè)計(jì)，產(chǎn)生了PWM波形，兩組PWM波分別對(duì)移相全橋ZVS電路的四個(gè)橋臂進(jìn)行控制，對(duì)輸出電流、電壓進(jìn)行控制。（6） 最后，我們將整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)用MATLAB進(jìn)行模擬仿真，分析并驗(yàn)證試驗(yàn)結(jié)果，結(jié)果充分表明系統(tǒng)電路是可靠的，是可以實(shí)現(xiàn)電動(dòng)汽車(chē)充電，至此，完成了本課題的要求。2 電動(dòng)汽車(chē)充電柱方案研究2.1 電動(dòng)汽車(chē)充電柱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇直流轉(zhuǎn)直流即DC/DC技術(shù)，是電動(dòng)汽車(chē)充電中不可或缺的部分，電網(wǎng)中的交流電，經(jīng)過(guò)一次濾波，變成低頻直流，我們需要將低頻直流經(jīng)過(guò)高頻變壓器再通過(guò)二次整流，輸出平滑的直流信號(hào)。這種變換器是必須的，一般有

26、帶電氣隔離或者不帶電氣隔離的。帶隔離的直流變壓器很多，如下表所示。表2-1帶隔離的直流變換器 拓?fù)浔容^部分單端反激式變換器單端正激式變換器全橋式變換器半橋式變換器推挽式變換器適合功率（w）<150<150不限<1000<1000開(kāi)關(guān)管數(shù)量11422控制復(fù)雜度容易容易復(fù)雜較容易較容易我們?cè)诮o電動(dòng)汽車(chē)充電是用直流電源充電器，同時(shí)從人身安全考慮來(lái)看，我們需要選擇的系統(tǒng)主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一定是帶隔離的直流變換器，所以我們對(duì)隔離直流變換器的工作原理作出相應(yīng)的介紹。（1） 單端反激式變換器（Flyback Converter）如圖2-1所示，為單端反激式變換器，圖中NP,NS為原副邊電壓繞

27、組，當(dāng)VT導(dǎo)通時(shí)，續(xù)流二極管VD截止，電源不直接向負(fù)載傳送能量，由變壓器儲(chǔ)能；當(dāng)VT斷開(kāi)時(shí)，變壓器線圈不再接受能量，需要泄放的能量經(jīng)過(guò)電容電阻，傳遞給負(fù)載，能量通過(guò)這種方式轉(zhuǎn)換的稱作單端反激式變換器。 圖2-1 單端反激式變換器（2） 單端正激式變換器（Forward Converter）由圖2-2不難看出，晶體管VT與電感串聯(lián)，二極管VD2與電容C并聯(lián)，當(dāng)VT導(dǎo)通時(shí)，電流經(jīng)過(guò)晶體管VT，二極管VD3，傳遞到變壓線圈，這個(gè)時(shí)候VD1有電流通過(guò)；當(dāng)VT斷開(kāi)時(shí)，沒(méi)有電流通過(guò)。和單端反激式變換器相比，正激式變換器是在晶體管VT導(dǎo)通時(shí)候能量從變壓器傳到了負(fù)載，并且變壓器只能單方向變換磁通量，所以，這種

28、單方面變換磁通量方向的變換器被稱之為單端正激式變換器。圖2-2 單端正激式變換器（3） 推挽式變換器（Push-pull converter）如圖2-3所示，變壓器原邊繞組N1=N2，副邊繞組N2=N4。圖2-3 推挽式變換器當(dāng)VT1導(dǎo)通，電流經(jīng)過(guò)晶體管VT1繞組N1，N3，通過(guò)變壓器傳遞到副邊電路，二極管VD1有電流通過(guò)，此時(shí)，電流經(jīng)過(guò)電感L。;當(dāng)晶體管VT1斷開(kāi)時(shí)候，VT2此時(shí)未導(dǎo)通，原邊繞組沒(méi)有電流，電感L通過(guò)副邊二極管VT1、VT2，將儲(chǔ)存的能力釋放出來(lái)；VT2導(dǎo)通時(shí)候，與VT1有著相同的工作狀態(tài)，這里就不再贅述了。（4） 半橋式變換器（Half-Bridge Converter To

29、pology）如圖2-4半橋式變換器，半橋變換中原邊電路中有兩個(gè)開(kāi)關(guān)管，Q1=Q2，電容C1=C2，二極管阻值VD1=VD2，在變壓器的原邊副邊匝數(shù)比N2：N3=1:1，上文中的正激變換器的負(fù)載輸出波形為全波，但是由于半橋變換器有倆負(fù)載，所以它的輸出波形只有正激的一半，波形一半的情況下，半橋的輸出頻率就比正激高出了一倍，所以負(fù)載電路中的Cf和R0要比正激電路中小很多，所以整個(gè)電路的成本與正激變換相比也相對(duì)便宜很多，同時(shí)有著更高的輸出頻率。 圖2-4 半橋式變換器（5） 全橋式變換器如圖2-5所示，為全橋式變換器，全橋與半橋在功率上相差一倍；也就是說(shuō)，如果半橋和全橋開(kāi)關(guān)電流一樣，給出相等的輸入電

30、壓，全橋的輸出功率將是半橋的一倍。所以我們可以得出，半橋電路適用于小功率的逆變電路，全橋電路適用于大功率電路，對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)而言，我們明顯需要的是全橋電路。而且，由于電路的輸入電壓和電流的不同，在設(shè)計(jì)變壓器時(shí)，會(huì)存在較大的區(qū)別，全橋式電路變壓器原邊線徑要相對(duì)細(xì)一點(diǎn)，半橋式電路的原邊線圈匝數(shù)則要相對(duì)少一點(diǎn)。跟大多的拓?fù)潆娐废氡容^，半橋式和全橋由于存在多個(gè)開(kāi)關(guān)管和諧振電感，解決了由于能量過(guò)多而不能泄放的困擾，負(fù)載電路會(huì)直接吸收多余的存在與電感中的能量。所以就有著相對(duì)較高的效率。圖2-5 全橋式變換器通過(guò)分析上述幾種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，我們可以得出關(guān)于各個(gè)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的性能比較表。如表2-1所示。表2-1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

31、性能表拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)適用范圍單端正激式不能適應(yīng)大功率的電路環(huán)境，工作狀態(tài)下很容易出現(xiàn)飽和情況，大大減少了對(duì)于變壓器的利用結(jié)構(gòu)不復(fù)雜、適合各種復(fù)雜電路環(huán)境，不會(huì)產(chǎn)生倆橋臂開(kāi)關(guān)管直通和單向偏磁現(xiàn)象，經(jīng)濟(jì)花費(fèi)低中小功率場(chǎng)合雙單端正激式對(duì)變壓器的要求數(shù)量較多，對(duì)變壓器的利用率較低，同時(shí)占用體力較大結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜、易于調(diào)整、且性能穩(wěn)定，不會(huì)產(chǎn)生倆橋臂開(kāi)關(guān)管直通和單向偏磁現(xiàn)象，大功率場(chǎng)合半橋式通過(guò)開(kāi)關(guān)管的電流時(shí)全橋電路的兩倍，沒(méi)有避免直通短路、變壓器直流偏磁的危險(xiǎn)經(jīng)濟(jì)成本較低、體積較小，半橋電路有著很強(qiáng)的抗不平衡能力中小功率場(chǎng)合全橋式經(jīng)濟(jì)成本交大、有著變壓器直流偏磁、直通短路等風(fēng)險(xiǎn)主電路結(jié)構(gòu)不是很復(fù)雜，

32、變壓器工作狀態(tài)好，可以在磁滯曲線兩側(cè)工作，同時(shí)體積較小，可以提供交大的功率大功率場(chǎng)合在電路中出現(xiàn)變壓器功率開(kāi)關(guān)管額定 電壓和電壓相同時(shí)，電路輸出功率大小與開(kāi)關(guān)管數(shù)量成正比，由于全橋式電路含有四個(gè)功率開(kāi)關(guān)管，所以全橋電路的輸出功率最大。四個(gè)管子所承受的電壓為電路原邊電壓，流進(jìn)開(kāi)關(guān)管的電流是平均輸入電流的大小，因此全橋電路十分適合電動(dòng)汽車(chē)充電柱的這種大功率充電。所以，采用全橋式變換器作為電動(dòng)汽車(chē)充電柱的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)十分合適。同時(shí)，在全橋變換器中，為了提高對(duì)電源的利用率，同時(shí)降低電路本身的損耗，近年來(lái)，對(duì)于全橋軟開(kāi)關(guān)技術(shù)有了很多的研究。軟開(kāi)關(guān)技術(shù)是醫(yī)用在開(kāi)關(guān)管開(kāi)通之前是的開(kāi)關(guān)管兩端電壓降低至零，或者將兩

33、端電流降低至零的一種技術(shù)，通過(guò)降低電壓或者電流，這樣不會(huì)出現(xiàn)電流電壓彼此重合在一起，這對(duì)于電路是一種大大的不穩(wěn)定，同時(shí)，實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)關(guān)，也是對(duì)于電路能量的利用，提高了電路對(duì)于各個(gè)元器件功能的利用，大大的提高了電路的能量利用。 2.2 電動(dòng)汽車(chē)充電柱方案選擇 由前文可以了解到，在設(shè)計(jì)電動(dòng)汽車(chē)充電柱的過(guò)程中，對(duì)于這次設(shè)計(jì)有了更明確的要求，首先，電動(dòng)汽車(chē)充電要滿足功率大、效率高、電氣隔離，其次輸出可控、安全可靠。由于電動(dòng)汽車(chē)使用的電源為220v交流電源，所以在充電過(guò)程中，電流較大，所以必須在電源與電動(dòng)汽車(chē)之間加上隔離器，全橋ZVS軟開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)自帶隔離變壓器，可以起到保護(hù)作用，便達(dá)到了安全目的；同時(shí)

34、，由于充電的大功率，單端正激式、反激式、推挽式等都由于適合功率較小的場(chǎng)合，所以全橋變換更適合這次方案的設(shè)計(jì)；同時(shí)，由于對(duì)汽車(chē)充電頻繁帶來(lái)的充電器件的損耗，必須考慮在內(nèi)，移相全橋ZVS電路本身就具有減少了開(kāi)關(guān)損耗等問(wèn)題，所以也更加適合本次方案選擇。由圖2-6我們可以更清楚的了解設(shè)計(jì)方案。圖2-6 電動(dòng)汽車(chē)充電柱設(shè)計(jì)思路2.3 本章小結(jié)本章介紹了電動(dòng)汽車(chē)充電電路中的幾種常見(jiàn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，同時(shí)，按照對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)充電柱的要求，選擇出了全橋移相ZVS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并對(duì)接下來(lái)的工作有了明確的分步。3 移相全橋ZVS變換器的工作原理及相關(guān)問(wèn)題3.1 移相全橋ZVS變換器的基本工作原理如圖所示，我們給出了全橋變換器

35、的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。其中Q1，Q2，Q3，Q4位電路的晶體開(kāi)關(guān)管，C1，C2，C3，C4位電容，其中C1=C2，C3=C4，D1，D2，D3，D4為二極管，可以看到電路中的電感電容，電路輸出電流電壓的大小收到了四個(gè)橋臂的影響，前兩個(gè)橋臂組成超前橋臂，后兩個(gè)橋臂組成了滯后橋臂，電路產(chǎn)生的PWM波信號(hào)傳遞到橋臂中，通過(guò)控制倆橋臂相位角，可以起到控制輸出電流電壓的作用。與第二章中的全橋電路相比，每個(gè)開(kāi)關(guān)管都并聯(lián)了一個(gè)諧振電容，在變壓器與Q1,Q3中間串聯(lián)了一個(gè)諧振電感Lr和一個(gè)諧振電容Cb，在開(kāi)關(guān)管斷開(kāi)時(shí)刻由于諧振電容Cb的存在，開(kāi)關(guān)管兩端的電壓可以從零開(kāi)始慢慢上升，這樣就可以避免開(kāi)關(guān)的直接斷開(kāi)與閉合，實(shí)現(xiàn)

36、軟開(kāi)關(guān)，這樣電路中多余的能量，不用通過(guò)泄放電阻，反而直接利用電路中的能量起到了對(duì)于電路的開(kāi)關(guān)作用，這里多余的能量是指存在于電感Lr中的多余能量，這種工作方式，既減少了開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)次數(shù)，也有效的利用了電路中能量，大大提高了對(duì)于電路的利用率，整體上提高了系統(tǒng)的效率。 圖3-1 移相全橋ZVS拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)3.2 移相全橋ZVS變換器的工作過(guò)程在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期中，移相全橋ZVS變換器有12中開(kāi)關(guān)模式，所以這里只對(duì)他半個(gè)周期的六個(gè)工作模式進(jìn)行分析。電路中不存在理想元件，但是我們?cè)谶@里考慮變換器的工作過(guò)程，把它當(dāng)做理想狀態(tài)。我們這里假定Lf，K是變壓器的原副線圈匝數(shù)比。為了對(duì)移相全橋ZVS變壓器工作工程有一個(gè)更好

37、的理解，給出了一個(gè)周期的電壓、電流波形圖，如圖3-2所示。圖3-2 一個(gè)周期內(nèi)的ZVS變換器的電流、電壓波形初始時(shí)刻：從圖3-2中我們可以看到，電流經(jīng)過(guò)Q1，Q2，電流經(jīng)過(guò)變壓器被放大。副邊電路中有電流通過(guò)。（1） 第一階段, ,此時(shí)，Q1斷開(kāi)，Q4導(dǎo)通。Q1關(guān)斷后，電感Lr與Lf的阻值加起來(lái)很大，可以認(rèn)為原邊電流幾乎不變，電壓逐漸呈線性上升，此時(shí)處于斷開(kāi)狀態(tài)。等到時(shí)候，C2的電壓慢慢下降到零，D5和D8導(dǎo)通，輸出電壓呈線性下降。 （2） 第二階段，此時(shí)Q4導(dǎo)通，當(dāng)t= 時(shí)候，Q4關(guān)斷。（3） 第三階段，此時(shí)Q2導(dǎo)通，Q4關(guān)斷，A點(diǎn)電壓為零，因?yàn)闉V波電感電流只能緩慢上升或下降，所以此時(shí)副邊的四

38、個(gè)二極管都處于導(dǎo)通狀態(tài)，=0。（4） 第四階段，此時(shí)Q3導(dǎo)通，在時(shí)刻，原邊電流將能量反饋給電源Vdc，所以副邊電路的所有二極管都處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出電壓仍然為零。（5） 第五階段，此時(shí)Q2，Q3處于導(dǎo)通狀態(tài)，與第四階段相同，副邊電路所有的二極管都處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出電壓為零。（6） 第六階段，此時(shí)Q2，Q3導(dǎo)通，當(dāng)t=時(shí)，Q2斷開(kāi)。所以C1開(kāi)始放點(diǎn)，C2處于充電狀態(tài)，導(dǎo)致Q2斷開(kāi)，實(shí)現(xiàn)了Q2的軟關(guān)斷。下半個(gè)周期類似。 3.3 移相全橋ZVS變換器相關(guān)問(wèn)題的分析由2.2可以知道，移相全橋ZVS變換器性能優(yōu)良，兩個(gè)橋臂的開(kāi)關(guān)在理想條件下可以實(shí)現(xiàn)零電壓軟開(kāi)關(guān)控制開(kāi)斷，而且由于軟開(kāi)關(guān)的實(shí)現(xiàn)，減少了對(duì)于開(kāi)關(guān)

39、開(kāi)斷的損耗，效率變高，這與當(dāng)今社會(huì)科技發(fā)展要求的更快，更小，更簡(jiǎn)便相吻合，但是，不可否認(rèn)的，在研究移相全橋ZVS過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)了一系列問(wèn)題，這其中包括開(kāi)關(guān)管ZVS的實(shí)現(xiàn)條件，整流橋二極管反向恢復(fù)的產(chǎn)生震蕩以及開(kāi)關(guān)管的諧振緩沖等。下面將具體帶來(lái)介紹及解決方法。3.3.1 零電壓開(kāi)通實(shí)現(xiàn)有前面分析ZVS變換器工作過(guò)程我們可以得到，為了實(shí)現(xiàn)ZVS零電壓開(kāi)通，需要有足夠能能量用來(lái)：1、 給同一個(gè)橋臂要關(guān)斷的開(kāi)關(guān)管的結(jié)電容或者是外加電容進(jìn)行充電；2、 結(jié)電容上的電荷會(huì)影響開(kāi)關(guān)管的性能，所以必須減少結(jié)電容上的電荷；3、 寄生電容會(huì)影響變壓器的性能，所以必須減少電荷。當(dāng)電路負(fù)載較小時(shí)，原邊電流較小，使得諧振電

40、感上不能儲(chǔ)存太多的能量，在實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通上面存在一定的難度，由于電路負(fù)載較小時(shí)，消耗能量較少，所以，只需要適當(dāng)加大負(fù)載便可以實(shí)現(xiàn)零電壓開(kāi)通。3.3.2 副邊占空比的丟失參考文獻(xiàn)【1】知道，由于諧振電感的存在，原邊電流從負(fù)值到正值需要一定的時(shí)間，在這段時(shí)間內(nèi)，雖然原邊存在或負(fù)或正的電壓方波，但是由于負(fù)載電量大于原邊電流，導(dǎo)致，副邊電路的所有二極管處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此導(dǎo)致了部分方波電壓的丟失。副邊占空比丟失可以由公式3-1表示： -2nLrVDC1T-1- （3-1）其中是副邊輸出電感電流；n是高頻電壓器原副線圈匝數(shù)比；是輸出濾波電感； 是該電路的輸入電壓； 是輸出電壓；是諧振電感。有公式我們可以得

41、出當(dāng)越小、負(fù)載越小、輸入電壓越大時(shí)，副邊占空比丟失情況將會(huì)減少，這跟我們之前說(shuō)的適當(dāng)增加負(fù)載可以提高ZVS變換器效率的結(jié)論是矛盾的。為了解決兩者的問(wèn)題，可以將諧振電感用飽和電感來(lái)替代或者滯后橋臂增加輔助電路實(shí)現(xiàn)ZVS。 （1） 將諧振電感用飽和電感來(lái)替換如圖3-1所示，。把原來(lái)的變換器中的諧振電感換成了飽和電感，本來(lái)電流大小很低的時(shí)候，電感值很大，這時(shí)候的電路相當(dāng)于開(kāi)路，當(dāng)我們用飽和電感來(lái)代替的時(shí)候，原邊繞組的電流就很小了，從而降低了電路的副邊占空比。只是這時(shí)候電路的消耗可能過(guò)大，對(duì)電路損耗較大。（2） 滯后橋臂增加輔助電路來(lái)實(shí)現(xiàn)ZVS圖3-3 滯后橋臂增加輔助電路和圖3-1相比對(duì)，原來(lái)電路中

42、沒(méi)有的諧振電感Lk被夾在了開(kāi)關(guān)管Q2與Q4之間，我們這么做的目的是為了利用好諧振電路的作用，多添加的諧振電感Lk可以讓Q4的開(kāi)關(guān)管得到零電壓開(kāi)關(guān)的功能。當(dāng)我們把輸入電壓和負(fù)載的大小在任意范圍內(nèi)都可以使用的時(shí)候，C1、C2、C3、C4的充放電時(shí)間被大大減小了，這樣我們可以大大的使橋臂滯后，從而減小了占空比。3.3.3 副邊整流二極管振蕩就我們目前所了解的，在抑制副邊整流二極管電壓振蕩的結(jié)對(duì)方案中，有以下一種方案：（1） 副邊添加RC緩沖電路（2） 副邊添加RCD緩沖電路（3） 副邊并聯(lián)主動(dòng)箝位緩沖電路（4） 原邊添加箝位二極管緩沖電路在參照文獻(xiàn)【2】我們可以知道，目前而言大多數(shù)采用的都是方案（4

43、），所以我們?cè)谶@里對(duì)方案（4）作出具體的解釋。圖3-4 原邊添加箝位二極管緩沖電路由圖可以看出，當(dāng)電流源Vs沒(méi)有提供電源時(shí)，原邊電路中存在閉合環(huán)路，所以電流會(huì)從Vs到開(kāi)關(guān)管D2經(jīng)過(guò)諧振電感Lr最后通過(guò)二極管DR1，此時(shí)電感l(wèi)r中的能量并沒(méi)有通過(guò)電壓器傳遞到原邊電路添加的電路中，減少了電流對(duì)于電路的影響，將能量合適的泄放，從而抑制了副邊整流橋臂電壓振蕩尖峰。3.4 本章小結(jié)在本章中，我們具體的對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電柱所選用的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)即移相全橋ZVS變換器進(jìn)行了具體的分析，了解了ZVS變換器的工作原理，它在工作過(guò)程中所產(chǎn)生的一些問(wèn)題，并對(duì)工作過(guò)程中產(chǎn)生的問(wèn)題有了具體的解決方案，這對(duì)于我們理解并做好電動(dòng)汽車(chē)

44、充電柱有很大的幫助。4 變換器參數(shù)設(shè)計(jì)由前三章我們對(duì)電動(dòng)汽車(chē)充電柱組成有了具體的了解，本章將對(duì)具體的電路主拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)移相全橋ZVS變換器具體參數(shù)給出設(shè)計(jì)。由前文我們可以了解到，主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)電路中由一次濾波后的直流電源，對(duì)電路起到開(kāi)關(guān)作用的晶體開(kāi)關(guān)管，釋放電路能量起到抑制副邊整流二極管振蕩電壓的諧振電感，對(duì)一次濾波后的直流電壓進(jìn)行降壓的主電路變壓器，以及其他控制電路。下面對(duì)各個(gè)部分參數(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行一一介紹。4.1 主電路高頻變壓器設(shè)計(jì)變壓器是整個(gè)電路的核心，這部分電路功能便是通過(guò)變壓器實(shí)現(xiàn)功率降低的做作用，所以變壓器的選擇和設(shè)計(jì)十分重要。我們知道電網(wǎng)中的高頻電壓經(jīng)過(guò)一次整流濾波成直流電壓，我們?cè)谝葡?/p>

45、全橋變換器中，將直流電壓通過(guò)橋路變成交流電壓，通過(guò)高頻變壓器變換成高頻交流。交流電壓輸入值在Vmin Vmax，交流電網(wǎng)頻率為50HZ，所以輸入點(diǎn)電流大小Vmin Vmax=380±10%=340420v。有效值在V有效*=480.76593.88V。交流電壓通過(guò)整流橋變成直流電壓VPP =V有效*90%=430v593.88v。其中變壓器匝數(shù)比K=原邊匝數(shù)：副邊匝數(shù)=N1：N2,變壓器增益=K*D，D為移相全橋ZVS變換器電路占空比，電路變換中，對(duì)于整流二極管經(jīng)過(guò)電流要求很高，為了降低通過(guò)的電流，提高電路效率，我們盡可能的使K值變的小一點(diǎn)，K值變小，可以降低通過(guò)整流二極管的電壓，減

46、小了電路損耗，考慮到占空比丟失，我們假設(shè)D的取值最大是0.85.我們假設(shè)二極管VD的導(dǎo)通壓降為1.5v，Lr的壓降為2v。那么我們便可以得到副邊輸出電壓最小值V2，V2= =265v （4-1）所以原副線圈匝數(shù)比K=V1/V2=380/265=0.69 (4-2)我們需要的功率在10kw左右,表4-1為市面上磁芯規(guī)格和功率大小。4-1 鐵芯規(guī)格及功率大小產(chǎn)品規(guī)格鐵芯尺寸(mm)護(hù)和尺寸（mm）截面積(cm2)磁路長(zhǎng)度（cm）質(zhì)量（g）適用功率（kw）通用電流（A）ODRDHTODRDHTJSONL-1206030120603012557356.7528.27138415315JSONL-120

47、7025120702512567304.6929.85101412200/250JSONL-1207030130703012567355.6329.85121715315/400JSONL-1308040130804013676457.532.99179325400/500JSONL-1308050130805013676559.3832.9922.4230500/630綜合多方面，選擇了功率在12kw，電流大小在200A250A的JSONL-120*70*25的磁芯。所以根據(jù)以上我們可以得出原邊匝數(shù)N1N1=Vimin×DpmaxKffsBwAe=17.2（4-3）我們這里對(duì)N1取

48、整數(shù)，所以N1=18。根據(jù)公式（4-2），我們可以得到副邊匝數(shù)N2=26.1。我們對(duì)副邊匝數(shù)取整，得到副邊匝數(shù)N2=27。我們假設(shè)變壓器原邊工作功率在10KW，所以原邊電流I1max，I1max=PU=23.3A （4-4）副邊電流I2max，I2max=PU=37.7A（4-5）我們假定流經(jīng)副極線圈的電流密度J=3Amm2，那么我們可以得到原副線圈的電流截面積時(shí)20 mm2和13 mm2。考慮到電流相互之間的干擾，我們可以多股繞制。其中導(dǎo)線線徑L要保持在一定的范圍之內(nèi)。其中L<2 =2 (4-6)根據(jù)查表，我們知道=4pi*10-7H/m，（銅導(dǎo)率）=58*106/*m，我們?cè)O(shè)定開(kāi)關(guān)頻

49、率f在20KHZ，所以得到，=0.434mm，2=0.868。所以導(dǎo)線的線徑L在0.868范圍之內(nèi)。所以取原邊線圈漆包線內(nèi)直徑0.80mm，外直徑0.9mm，導(dǎo)線截面積在0.55 mm2，原邊線圈漆包線數(shù)量37.7/3/0.55=22.8,取整得到17。副邊線圈漆包線內(nèi)直徑0.70mm，外直徑0.8mm，導(dǎo)線截面積在0.45 mm2，原邊線圈漆包線數(shù)量23.3/3/0.45=16.5,取整得到17。4.2 開(kāi)關(guān)管的選擇（1）IGBT開(kāi)關(guān)管選擇開(kāi)關(guān)管的關(guān)斷一定要保證即使通過(guò)的電流電壓很大，也可以保證關(guān)斷，這也就要求了開(kāi)關(guān)管的耐壓值要比起額定電壓要大，由4.1我們可以了解到流經(jīng)原邊電路的直流電壓大

50、小最大值是593.88v，這也就要求了開(kāi)關(guān)管的最低承受電壓不得小于1187.76。我們?nèi)≈瞪源笠稽c(diǎn)，這樣就可以在特殊情況滿足要求，我們?nèi)∽钚≈挡坏玫陀?300v。其次，由4.1我們可以知道流經(jīng)原副線圈的電流大小為23.3A和37.7A所以，設(shè)定IGBT管最小電流值不得低于180A。通過(guò)查找IGBT管的相關(guān)廠商，我們選擇了西門(mén)康IGBT模塊，型號(hào)為SKM300GAR123D/300A/1200V/2U作為移相全橋ZVS變換器的晶體管。它的最大電流通過(guò)考驗(yàn)達(dá)到300A，限制電壓有1200V，符合我們對(duì)于IGBT管的要求。（2）副邊整流二極管的選擇選取副邊二極管上要求二極管在電路工作工程中，可以承受

51、最大的反向電壓。我們可以由4.1計(jì)算出整流二極管的反向電壓為265V*1.5=397.5V。在二極管工作時(shí)候，由于電壓關(guān)斷的不穩(wěn)定，在電路中會(huì)產(chǎn)生電壓振蕩，這當(dāng)介入RC振蕩環(huán)節(jié)時(shí)候，我們可以不考慮這種振蕩，但是，如果RC環(huán)節(jié)沒(méi)有，就需要考慮，我們這里假定沒(méi)有RC環(huán)節(jié)，那么我們?cè)O(shè)定的耐壓值就要大于397.5V,這里我們?nèi)杀兜哪蛪褐?，所以大小?95V。副邊輸出電流大小由式（4-5）可以得I=37.7A，所以二極管承受得電流大小為37.7A*2=75.4A,電源開(kāi)關(guān)頻率在20KHZ，二次側(cè)頻率40HHZ。在查找相關(guān)廠商的二極管供貨上面，我選取了APT公司的APT60D60B型快恢復(fù)二極管作為副邊

52、整流二極管，它可以承受的最大電壓值為600V，最大承受電流值為60A，符合要求。4.3 電感和電容的選擇4.3.1 輸出濾波電感和電容參數(shù)的設(shè)計(jì)在直流變換中，不同的輸出濾波電感值會(huì)產(chǎn)生不同大小的濾波電感電流波紋，不同的電容同樣會(huì)產(chǎn)生不同大小的輸出電壓。所以，我們?cè)谠O(shè)計(jì)濾波電感和電容大小的時(shí)候，需要根據(jù)需要的輸出電壓和電流大小來(lái)確定我們所需要的濾波電容和電感的大小。當(dāng)選擇不恰當(dāng)?shù)碾姼泻碗娙荩瑫?huì)導(dǎo)致輸出電壓很大或者很小。極大的影響了電路的功能。（1）濾波電容的設(shè)計(jì)濾波電容在電路中起到的作用便是將負(fù)載的能量吸收或者釋放。用UC表示輸出電容的波紋大小。 UC=I0CTS2 (4-7)其中，I0表示負(fù)載

53、電流的大小。有公式可以看出電容和電流影響了波形大小。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，代入數(shù)值，輸出電壓波紋不大于100mv，我們可以得出濾波電容C。C=I0UCTS2=6250F （4-8）所以我們可以把13個(gè)470F 450V的電解電容并聯(lián)起來(lái)，電容大小為6500F。（2）濾波電感的設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)過(guò)程中我們已經(jīng)知道輸出電壓VPP，假設(shè)輸出電壓大小不變，那么我們可以得到關(guān)于濾波電感電流波形的表達(dá)式： IL=VPP-VPPDLDTS2 (4-9)VPP是電感輸出電壓方波最大值；D是占空比。當(dāng)VPP=593.88,得出L=1.34mH。當(dāng)L大小為1.5時(shí)，LC濾波器截止頻率大小為46.3HZ。4.4 諧振電感和電容的設(shè)

54、計(jì)(1)超前橋臂諧振電容的參數(shù)設(shè)計(jì)由前文我們可以了解到，當(dāng)超前臂開(kāi)關(guān)工作時(shí)候，諧振電感會(huì)吸收與釋放能量，輸出濾波電感也會(huì)吸收和釋放能量，兩者之間，能量會(huì)發(fā)生傳遞，起到傳輸電路能量的作用。我們知道，超前橋臂存在死去時(shí)間，我們這里設(shè)定它為T(mén)Dead，TDead=1.2s，要想實(shí)現(xiàn)電路的關(guān)斷，必須保證前橋臂的電流在大于變壓器的原邊電流的10%，也就要求IP>6A。在超前橋臂工作工程中，原邊電流不發(fā)生改變。所以，我們可以得到公式： TDead>VPP(C1+C2)IP (4-10)由公式我們可以得到超前橋臂電容 CLead=C1+C22<5.90nF （4-11）C1=C2，所以我們

55、去電容大小為5.9nF。（2）滯后橋臂諧振電容和諧振電感的參數(shù)設(shè)計(jì) 與超前橋臂電容設(shè)計(jì)相同，得出CLag=C3+C42<5.90nF (4-12)C3=C4，大小為4.9nF。所以我們可以得到關(guān)于串聯(lián)后的諧振電感的大小 Lr2Clag×Vpp2IP2=99.5h （4-13）為了使電路更加穩(wěn)定，我們適當(dāng)?shù)脑龃笾C振電感的大小，取值為120h。4.5 本章小結(jié)在本章中，重點(diǎn)的給出了移相全橋ZVS變換器每部分電路所需要的元器件及元器件參數(shù)，同時(shí)，在計(jì)算各元器件參數(shù)時(shí)，對(duì)電路有了一個(gè)更好的理解。在設(shè)計(jì)參數(shù)時(shí)，盡量選取較大一點(diǎn)的以符合電路需求.5 電動(dòng)汽車(chē)充電柱電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)第四章介紹了電動(dòng)汽車(chē)充電柱主電路的結(jié)構(gòu)，但是要想實(shí)現(xiàn)對(duì)電動(dòng)汽車(chē)的充電功能的實(shí)現(xiàn)，我們必須對(duì)充電系統(tǒng)有個(gè)好的控制，以前的控制策略大多是