电动汽车车载充电机功率因数校正技术的研究

摘要

电动汽车充放电操作采用电力电子设备，给电网造成谐波污染，带来电能质量下降，因此需要采取措施加以限制。本文根据目前国内外对车载充电机功率因数校正技术的研究现状，确立了研究方向和具体研究内容。
　　首先，论文针对目前常用的车载充电机升压型功率因数校正(Boost PFC)整流电路的不足，研究一种单管三电平Boost PFC电路拓扑结构，根据其工作模式进行分析和数学建模，并采用适合该拓扑结构的经典级联PI控制算法和新型滑模控制算法，详细地设计了级联PI控制器的PI参数和滑模控制器的滑模面和控制律。
　　其次，在Simulink仿真环境下对所设计的车载充电机功率因数校正电路进行仿真，仿真结果表明相对于传统Boost PFC电路，单管三电平Boost PFC整流电路开关管应力减小至1/2，输入电感尺寸由3mH降为0.64mH，电路尺寸和EMI大大降低。在级联PI控制下电路THD约为6％，PF＞0.99;在滑模控制下电路THD仅为1.8％，PF＞0.995，皆实现车载充电机充电功率因数校正的目的。相对于级联PI算法，滑模控制抗干扰动态性能更佳。
　　最后，在仿真验证的基础上设计车载充电机实验样机，其中包括硬件电路设计和软件程序设计。硬件电路设计包括单管三电平Boost PFC主电路设计、传感器采集调理及过零检测电路设计、驱动电路设计。主要软件设计包括主程序设计、中断程序设计、初始化及自检模块程序设计、信号采样模块程序设计以及滑模控制算法模块程序设计等。对样机进行实验测试，实验结果与仿真结果保持一致，验证了研究的正确性和有效性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 论文研究背景及研究意义

1．2 国内外研究现状

1．3 谐波及功率因数概念

1．4 论文的主要研究内容

第2章 电动汽车充电机功率因数校正电路拓扑结构及控制策略

2．1 主电路拓扑结构分析

2．1．1 PFC整流电路拓扑结构

2．1．2 单管三电平PFC整流电路分析

2．2 控制策略

2．2．1 控制策略概述

2．2．2 载波调制PWM控制

2．2．3 级联PI控制器设计

2．2．4 滑模控制

2．2．5 滑模控制器模型搭建

2．3 本章小结

第3章 电动汽车充电机功率因数校正电路仿真分析

3．1 技术指标

3．2 级联PI控制仿真

3．2．1 PI参数设计

3．2．2 仿真结果分析

3．3 滑模控制仿真

3．3．1 滑模控制器模型搭建及参数设计

3．3．2 仿真结果分析

3．4 扰动下滑模控制和级联PI控制对比分析

3．5 本章小结

第4章 电动汽车充电机功率因数校正实验样机设计

4．1 样机主电路设计

4．1．1 主开关管的选择

4．1．2 功率二极管的选择

4．1．3 输入电感设计

4．1．4 输出电容选择

4．2 样机控制电路设计

4．2．1 控制芯片选择

4．2．2 采样调理电路设计

4．2．3 开关管驱动电路设计

4．3 样机软件设计

4．3．1 系统的采样速率及采样方法

4．3．2 主程序设计

4．3．3 中断程序设计

4．3．4 部分子程序模块软件设计

4．3 本章小结

第5章 实验及结果分析

5．1 测量方法及步骤

5．2 实验结果分析

5．3 本章小结

第6章 总结与展望

6．1 总结

6．2 展望

参考文献

致谢