電動(dòng)汽車充電柱研制畢設(shè)答辯

1、電子信息工程學(xué)院電子信息工程學(xué)院自動(dòng)化自動(dòng)化11031103XXX 00000000XXX 00000000指導(dǎo)老師指導(dǎo)老師:XXX:XXX電動(dòng)汽車充電柱研制電動(dòng)汽車充電柱研制本次畢設(shè)基本要求n了解目前電動(dòng)汽車充電柱的發(fā)展概況，了解電動(dòng)汽車充電柱的基本構(gòu)成和工作原理，學(xué)習(xí)建模原理和方法，利用仿真軟件對建立的電動(dòng)汽車充電柱模型進(jìn)行仿真并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究。1) 研究電動(dòng)汽車充電柱的基本原理和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；2) 了解電動(dòng)汽車充電柱的國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r；3) 學(xué)習(xí)Matlab和Simulink仿真軟件；4) 設(shè)計(jì)一種電動(dòng)汽車充電柱的充電方案；5）通過計(jì)算機(jī)仿真，驗(yàn)證方案是否正確。本次畢設(shè)的重點(diǎn)研究問題n對比研究各

2、種電動(dòng)汽車充電柱的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和優(yōu)缺點(diǎn)；n選擇一種方案進(jìn)行電動(dòng)汽車充電柱的仿真研究。本次畢設(shè)重點(diǎn)完成工作n建立電動(dòng)汽車充電柱的模型；n對建立的模型進(jìn)行計(jì)算機(jī)仿真；n分析和比較仿真結(jié)果。完成工作介紹n理解學(xué)習(xí)了電動(dòng)汽車充電柱的原理和拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并比較了各種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)n選擇移相全橋ZVS變換器作為拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)n對功率電路和控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)n進(jìn)行MATLAB仿真移相全橋ZVS變換器電網(wǎng)中的三相交流電經(jīng)過三相整流電路變成高壓直流也就是電網(wǎng)中的三相交流電經(jīng)過三相整流電路變成高壓直流也就是VDC，通過變換電路輸出平滑的直流電通過變換電路輸出平滑的直流電移相全橋變換器的改進(jìn)n零電壓軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)n副邊占空比丟失n副

3、邊整流二極管電壓振蕩零電壓軟開關(guān)實(shí)現(xiàn)n實(shí)現(xiàn) ZVS 軟開關(guān)，需要有足夠的能量來抽走開通前開關(guān)管寄生電容的電荷和變壓器原邊繞組寄生電容的電荷，并給同一橋臂上要關(guān)斷的開關(guān)管寄生電容充電。n當(dāng)輕載時(shí)，由于原邊電流Ip 較小，諧振電感Lr 上存儲的能量較少，較難實(shí)現(xiàn) ZVS。但是輕載時(shí)系統(tǒng)損耗本來就不大，因此只要保證滿足一定的負(fù)載期望實(shí)現(xiàn) ZVS 即可。副邊占空比丟失n由于存在著副邊占空比的丟失，為了得到負(fù)載上需要的輸出電壓，只有減小變壓器原副邊匝比，這樣會(huì)導(dǎo)致：原邊電流增大，需要選用耐流值更高的開關(guān)管和耐壓值更高的副邊整流二極管。抑制副邊整流二極管電壓振蕩n移相全橋變換器的輸出整流二極管存在反向恢復(fù)

4、的過程，在此過程中，諧振電感 與輸出整流二極管的結(jié)電容及高頻變壓器的寄生電容產(chǎn)生諧振，另外高頻變壓器漏感與整流二極管的結(jié)電容也會(huì)產(chǎn)生諧振，這些諧振會(huì)產(chǎn)生電壓振蕩，造成很大的電壓尖峰，帶來額外的電路損耗并增高整流二極管的耐壓要求，因此，必須采用必要措施來抑制。抑制副邊整流二極管電壓振蕩n原邊加鉗位二極管緩沖電路原邊加鉗位二極管緩沖電路n原邊加箝位二極管緩沖電路，分為加在超前橋臂和加在滯后橋臂兩種。以加在超前橋臂為例，當(dāng)變壓器不傳遞能量給副邊時(shí)，諧振電感Lr上的電能通過DR1反饋給VDC，很快就能得到釋放，極大減少了諧振電感Lr與變壓器寄生電容及二極管結(jié)電容諧振所產(chǎn)生的副邊整流橋臂電壓振蕩尖峰。變

5、換器參數(shù)設(shè)計(jì)n變壓器設(shè)計(jì)n功率元件設(shè)計(jì)n電感電容設(shè)計(jì)IGBT管選擇n開關(guān)管的關(guān)斷一定要保證即使通過的電流電壓很大，也可以保證關(guān)斷，這也就要求了開關(guān)管的耐壓值要比起額定電壓要大，通過查找IGBT管的相關(guān)廠商，我們選擇了西門康IGBT模塊，型號為SKM300GAR123D/300A/1200V/2U作為移相全橋ZVS變換器的晶體管。它的最大電流通過考驗(yàn)達(dá)到300A，限制電壓有1200V，符合我們對于IGBT管的要求。副邊整流二極管的選擇n選取副邊二極管上要求二極管在電路工作工程中，可以承受最大的反向電壓。n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

6、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。充電柱控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)nTMS320F28335數(shù)字信號處理器在處理復(fù)雜算法上有著諸多優(yōu)秀的地方，它最核心的便是芯片內(nèi)部的浮點(diǎn)運(yùn)算，在編寫復(fù)雜控制程序時(shí)，減少了在浮點(diǎn)運(yùn)算方面的工作量，這對于提高程序的簡介，使得程序功能更加完善有著無與倫比的地方。這款處理是TI公司生產(chǎn)制造。檢測電路設(shè)計(jì)n檢測電路有電流和電壓檢測電路n主電路在通過輸出端口對電動(dòng)汽車進(jìn)行充電的過程，需要對其輸出量進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測，實(shí)時(shí)對主電路進(jìn)行反饋。在完成檢測過程中，需要將主電路輸出端的輸出信號通過采樣后送到控制電路，在這過程中，要保證采樣的信號盡可能的反應(yīng)

7、真實(shí)的輸出信號，所以在采樣過程中，要盡量避免干擾。IGBT管驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)n智能數(shù)字芯片對于電路有控制作用，但同時(shí)芯片存在不足，由于芯片產(chǎn)生的PWM信號功率較低，無法直接對主電路Q1，Q2，Q3，Q4晶體管實(shí)現(xiàn)關(guān)斷的控制作用，所以我們這里需要在控制電路中加上一個(gè)額外的驅(qū)動(dòng)放大電路，來實(shí)現(xiàn)對PWM信號功率放大，從而實(shí)現(xiàn)對主電路的控制作用。保護(hù)電路設(shè)計(jì)電路對故障源進(jìn)行檢查，對采樣信號進(jìn)電路對故障源進(jìn)行檢查，對采樣信號進(jìn)行收集后傳遞到邏輯單元中，通過一系行收集后傳遞到邏輯單元中，通過一系列分析，將信號傳遞到列分析，將信號傳遞到DSP中，如果出中，如果出現(xiàn)危險(xiǎn)情況，則斷開系統(tǒng)電源。現(xiàn)危險(xiǎn)情況，則斷開系統(tǒng)

8、電源。主電路MATLAB仿真n主電路部分按移向全橋 ZVS電路搭建,Q1 、Q2組成超前橋臂，Q3、Q4組成滯后橋臂，開關(guān)管選用 simulink自帶 IGBT 模塊，并在模塊內(nèi)設(shè)定好開關(guān)管寄生電容作為諧振電容，。控制采用電壓電流雙閉環(huán)控制，控制電路由電壓采集模塊、電流采集模塊、求差模塊及 PI 調(diào)節(jié)模塊組成,所得閉環(huán)反饋量返回移相角控制模塊以調(diào)節(jié)開關(guān)管的占空比，達(dá)到穩(wěn)定輸出的作用。驅(qū)動(dòng)信號仿真結(jié)果其中，其中，Pulse1 和和 Pulse2 模塊發(fā)送占空比為模塊發(fā)送占空比為 48.8%的的 PWM 波至波至Q1 、Q2驅(qū)動(dòng)，（死區(qū)時(shí)間設(shè)定為驅(qū)動(dòng)，（死區(qū)時(shí)間設(shè)定為 1.2%），再將控制回），再

9、將控制回路的反饋量作為移相角對路的反饋量作為移相角對 Pulse1 和和 Pulse2進(jìn)行滯后以后送進(jìn)行滯后以后送至至Q3、Q4驅(qū)動(dòng)，就可以得到前后移相、上下互補(bǔ)的四路開關(guān)驅(qū)動(dòng)，就可以得到前后移相、上下互補(bǔ)的四路開關(guān)管。管。超前橋臂ZVS仿真結(jié)果關(guān)斷驅(qū)動(dòng)信號時(shí)，開關(guān)管電壓經(jīng)延時(shí)后上升，關(guān)斷驅(qū)動(dòng)信號時(shí)，開關(guān)管電壓經(jīng)延時(shí)后上升，實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷。開通驅(qū)動(dòng)信號之前，開關(guān)管兩端實(shí)現(xiàn)軟關(guān)斷。開通驅(qū)動(dòng)信號之前，開關(guān)管兩端電壓已下降為零，實(shí)現(xiàn)零電壓開通。電壓已下降為零，實(shí)現(xiàn)零電壓開通。變換器輸出電流電壓仿真輸出電壓和輸出電流在變換器工作輸出電壓和輸出電流在變換器工作 0.005s 后分別穩(wěn)定到設(shè)定值后分別穩(wěn)定到設(shè)定值 500V 和和 12.5A，說，說明閉環(huán)控制環(huán)節(jié)反饋有效且速度快。明閉環(huán)控制環(huán)節(jié)反饋有效且速度快?？偨Y(jié)n最后通過MATLAB仿真，對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了分析，設(shè)計(jì)產(chǎn)生了對電動(dòng)汽車進(jìn)行穩(wěn)定供電的直流電，并對功率電路四橋臂實(shí)現(xiàn)零電壓開關(guān)進(jìn)行了驗(yàn)證。通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了本次電動(dòng)汽