高效率车载充电电源及其数字控制系统研究

摘要

电动汽车以其显著的节能减排优势成为全球汽车工业的主要发展方向之一。目前,几乎所有电动汽车的动力都来自于可充电蓄电池,因此,作为电动汽车实用和普及的前提,电动汽车的配套充电系统建设应引起重视。电动汽车除了可以在固定的场站进行充电以外,还可以利用车载充电电源来充电。车载充电电源使用方便灵活,能随时随地为电动汽车提供能量补给,延长行驶里程,特别适用于小型电动汽车。但是,恶劣的电动汽车车载工况要求车载充电电源必须采用自然散热的尘密结构,因此其最重要的技术要求是高效率,同时,还应尽量减小充电电源对电力系统的谐波污染以及减小由车载充电电源本身的体积重量对行驶里程造成的不良影响。
　　本文以实现电动汽车车载充电电源高效率、高功率因数,高功率密度以及智能化为主要目标,确定了车载充电电源采用由前级交错并联有源功率因数校正环节和后级充电变换环节构成的两级电路结构。通过对比用于有源功率因数校正的主要几种电路和控制方式的特点,确定采用平均电流控制方式下的两单元交错并联Boost APFC电路作为车载充电电源的APFC环节。对其主电路和控制电路进行了设计,利用Saber软件搭建了两单元交错并联Boost APFC的仿真电路,初步验证方案的合理性。针对车载充电电源对高效率、高功率密度以及安全性的要求,选择了具有二极管钳位特性的移相控制全桥零电压PWM变换器作为后级充电变换器的主电路,分析了该变换器的主要特点,设计了主电路参数,并在Matlab/Simulink环境下对建立的后级隔离型充电变换器的峰值电流控制系统进行了仿真分析。结合车载充电电源对智能化的要求,利用TI公司最新一款专注于电源数字控制的DSC作为主控制器,在实现全桥零电压PWM变换器数字移相控制的同时实现了充电过程判断、故障保护以及信号指示等功能。基于以上分析设计,研制了一台最大功率为2.4kW的电动汽车车载充电电源样机,结合指标要求,进行了实验测试和相关数据分析。实验结果表明:本文设计的两级结构电动汽车车载充电电源能达到效率、功率因数、谐波抑制效果等技术指标的要求,电路设计方案可行。

目录

高效率车载充电电源及其数字控制系统研究

Research On High-Efficiency Portable Charging Power Supply And Its Digital Control System

摘要

Abstract

目 录

第1 章绪 论

1.1 课题的研究背景和意义

1.2 电动汽车车载充电电源技术发展概况

1.3 车载充电电源总体技术指标及结构

1.4 本文主要研究内容

第2 章前级有源功率因数校正

2.1 有源功率因数校正电路设计指标

2.2 有源功率因数校正电路方案

2.3 交错并联APFC 主电路设计

2.4 交错并联APFC 控制电路设计

2.5 交错并联APFC 仿真分析

2.6 本章小结

第3 章后级隔离型充电变换器

3.1 基于二极管钳位的移相全桥ZVS PWM 变换器

3.2 全桥变换器主电路设计

3.3 移相全桥ZVS PWM 变换器小信号模型

3.4 峰值电流模式移相全桥ZVS PWM 变换器

3.5 充电变换器仿真分析

3.6 本章小结

第4 章充电变换器数字控制

4.1 硬件设计

4.2 软件设计

4.3 本章小结

第5 章车载充电电源样机实验分析

5.1 车载充电电源样机实验平台

5.2 交错并联有源功率因数校正器实验测试

5.3 隔离型充电变换器实验测试

5.4 车载充电电源整机效率测试与分析

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

学位论文使用授权说明

致谢