基于交错并联PFC及LLC谐振变换器车载充电机的设计

摘要

随着绿色能源的大力发展，电动汽车的发展越来越迅速。因此，电车载充电机由于其方便快捷将成为每个普通家庭必备的电动汽车充电设备。所以，研制出高效率、小型化、质量轻、高可靠性、高功率密度的车载充电机是很有意义的。
　　本设计采用了两级结构：前级采用交错并联Boost PFC整流结构，即能在成倍的增大功率等级的情况下减小功率密度，减小输入输出电流纹波，又能减小输出滤波器的设计难度；后级采用全桥LLC谐振变换技术，既能实现全负载范围内功率开关管的ZVS，又能实现副边整流二极管的ZCS，提高了效率，也能实现宽范围输出。
　　本文详细讲解了前级采用的交错并联Boost PFC整流技术。对其工作原理和工作状态及交错并联技术对电路的影响进行了详细的分析；又对交错并联电路进行小信号分析，然后对其建模分析，最后进行了仿真验证分析的正确合理性。
　　本文也着重讲解了本设计中后级DC-DC所用到的全桥LLC谐振变换器，并且对全桥LLC谐振变换器的原理和工作状态做了详细的分析研究。并分析了其在PFM调制下的稳态特性。通过基波分析法对全桥LLC谐振变换器的各个参数进行了设计，又对其进行了仿真验证和实验验证。
　　后来对系统的各个部分进行了硬件电路设计，又对各部分进行了实验验证分析。最终，为了验证本设计可行性，做了一台3kW整机实验样机。后来对整机的工作状态进行了分析验证，对各个性能进行测试分析，验证其效率得到了明显的提高，工作性能得到很大的改善，从而证明设计的正确性。

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第1章 绪论

1.1 绿色能源的建设发展

1.2 电动汽车充电系统的研究现状及发展趋势

1.3 常用电动汽车充电方式

1.4 本文研究主要内容和结构

第2章 车载充电机的总体设计

2.1 车载充电机设计方案和性能指标

2.2 功率因数校正的拓扑分析

2.3 DC-DC变换器拓扑分析

2.4 车载充电机的整体结构

2.5 本章小结

第3章 交错并联PFC整流器的研究与分析

3.1 PFC技术分析

3.2 交错并联Boost PFC的电路设计与分析

3.3 交错并联Boost PFC电路的控制方法

3.4 交错并联Boost PFC电路的建模与仿真

3.5 本章小结

第4章 全桥LLC谐振变换器的设计与分析

4.1 全桥LLC谐振变换器的工作原理及特性分析

4.2 全桥谐振变换器的仿真及分析

4.3 PFM调制下的全桥LLC谐振变换器的稳态特性分析

4.4 全桥LLC谐振变换器谐振腔的参数设计

4.5 全桥LLC谐振变换器的实验验证

4.6 本章小结

第5章 硬件电路设计及实验结果分析

5.1 辅助电源硬件设计及实验分析

5.2 前级PFC的硬件电路设计及实验分析

5.3 后级DC-DC的硬件电路设计及实验分析

5.4 基于DSP28035控制系统的硬件电路设计

5.5 本章小结

第6章 整机实验结果及分析

6.1 输出直流电压纹波

6.2 环路稳定性

6.3 电磁兼容性测试

6.4 可靠性能测试

6.5 效率的测试

6.6 本章小结

第7章 总结与展望

7.1 总结

7.2 展望

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间参加的科研项目和成果