某車載充電機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計案例概述目錄TOC\o"1-3"\h\u75某車載充電機總體結(jié)構(gòu)設(shè)計案例概述 143591.1充電模式分析 139011.2車載充電機拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計方案 224401.1.1前級PFC電路 2269601.1.2后級DC/DC電路 41.1充電模式分析充電形式的不同，汽車動力電池的壽命、充電時間的長短、安全系數(shù)高不高也會不盡相同，大部分情況業(yè)內(nèi)普遍認為充電形式有:恒流充電、恒壓充電、階段性充電。（1恒流充電如圖2-1(a)所示，在恒流充電模式中，充電電流是預(yù)設(shè)好的確定值，動力電池內(nèi)阻伴隨著充電時間增長而增大，根據(jù)歐姆定律可知動力電池的電壓也會伴隨著時間而增大。一旦電壓達到了所設(shè)置的數(shù)值后就不再繼續(xù)充電。恒流充電模式的控制方式很容易，不需要復(fù)雜的控制策略。這種方法可以杜絕充電電流大于設(shè)定值對電池產(chǎn)生損傷降低了電池壽命，但是有得必有失，充電的不可避免的會長一些。(2)恒壓充電如圖2-1(b)所示，在恒壓充電模式中，充電電壓是預(yù)設(shè)好的確定值，充電電流會伴隨著充電時間的增加而減少，當(dāng)減少到所設(shè)置的數(shù)值后，就不再充電了。恒壓充電時杜絕了過度充電的難題，但充電剛剛開始的時候動力電池的內(nèi)阻很小，根據(jù)歐姆定律可知充電電流會很大，大電流會損傷電池影響使用壽命。(3)階段性充電如圖2-1(c)所示，階段性充電：首先恒流充電，使動力電池的電壓逐漸升高，直至升高到設(shè)定值后就變成了恒壓充電，恒壓充電過程中充電電流緩慢減小到設(shè)定值后停止，最后是涓流充電。先恒流后恒壓既可以縮短充電時間又可以解決充電前段時間的充電電流過大傷害電池，最后的涓流充電是在恒流恒壓充電結(jié)束后對動力電池進行恒壓小電流充電，此種方式一舉兩得。實現(xiàn)雙贏。圖1.1充電方式1.2車載充電機拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計方案1.1.1前級PFC電路PFC電路作為一種目前比較常見的電路設(shè)計方案，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在了工控自動化、通訊等領(lǐng)域，可以有效的提升整個電路系統(tǒng)的穩(wěn)定性。一般來說，PFC電路按電路中按照有無有源器件分為兩種電路：無源功率因數(shù)校正電路（PassivePowerFactorCorrection,PPFC）和有源功率因數(shù)校正電路（ActivePowerFactorCorrection,APFC）。傳統(tǒng)PFC電路僅有L和C無源器件，經(jīng)過傳統(tǒng)PFC電路改進后得到填谷式PFC電路，填谷式PFC電路是由電容和二極管構(gòu)成，儲能電容的充放電狀態(tài)隨著輸入電壓的變化而變化，它可以通過消除高次諧波來校正功率因數(shù)。兩種無源PFC電路結(jié)構(gòu)圖如圖3.1所示。無源PFC電路雖然制作成本低并且效率很高，結(jié)構(gòu)也是很簡單。但體積過大，輸入的電流會有很大諧波，產(chǎn)生電路污染。因此大部分用于對體積、性能要求不高且功率較低的設(shè)計中[11]。而本設(shè)計所研究的是中大功率車載充電機，因此不使用無源PFC電路作為前級PFC電路的主電路，而選用有源PFC電路。填谷式PPFC體積比傳統(tǒng)PPFC要小很多，去除了很多傳統(tǒng)PPFC的糟粕。大功率設(shè)計中科學(xué)家們大多考慮這種方案，本設(shè)計也是學(xué)習(xí)了很多填谷式PPFC的優(yōu)點。傳統(tǒng)PPFC(b)填谷式PPFC圖1.2兩種PPFC電路在目前國內(nèi)的新產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)方面，APFC設(shè)計占據(jù)了新產(chǎn)品類型中的多數(shù)。想要實現(xiàn)APFC，按電感扼流圈有無存儲電流來分類，則有連續(xù)傳導(dǎo)模式（CCM）和不連續(xù)傳導(dǎo)模式（DCM）兩種。CCM模式比較適用于輸出功率較大的場合，而DCM模式則更適用于200W以下的中功率的APFC變換器。就這兩種技術(shù)的優(yōu)缺點而言，CCM具有顯著的優(yōu)點，采用這種傳導(dǎo)模式的APFC電路輸入和輸出電流紋波小、THD和電磁干擾（EMI）小、濾波容易，且RMS（RootMeanSquare）電流小、器件導(dǎo)通時不會產(chǎn)生過多的損耗，更加適應(yīng)于大功率設(shè)計，所以本設(shè)計采用CCM模式。單相APFC技術(shù)研究早，有了較為成熟的技術(shù)，一般應(yīng)用在功率不大的場合，它的基本原理是：對輸入端的電壓和電流波形的進行檢測，然后控制六個功率開關(guān)管的通斷使得輸入電流保持與輸入電壓的相位相同，同時輸入電流的波形接近正弦波，最終達到功率因數(shù)矯正的目的。這種拓撲對功率開關(guān)管的耐壓值要求較高，所以一般選擇IGBT作為開關(guān)管。在本次設(shè)計中單相四開關(guān)APFC用于單相慢充的前級電路。圖1.3單相四開關(guān)APFC電路1.1.2后級DC/DC電路DC/DC是整個設(shè)計中相當(dāng)有分量的研究，BMS發(fā)出指令后DC/DC根據(jù)指令信息立即做出對電壓不同的輸出電壓及其模式的調(diào)整，保證工作順利進行。為提高功率密度、減小集成系統(tǒng)的體積，DC/DC工作在高頻開關(guān)狀態(tài)既能提高功率密度、減小集成系統(tǒng)體積。并且本設(shè)計引用了softswitch的思想，通過softswitch的方法來減小因升高開關(guān)頻率而增加的開關(guān)損耗，不僅可以讓充電效率提高，放電效率也得到了一個可觀飛躍?？梢杂胻ransfomer的漏感來替換LLC諧振網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的勵磁電感，很大程度上讓電路的體積得以減小到我們所期望的數(shù)值。調(diào)節(jié)開關(guān)頻率固定占空比就可以使得開關(guān)管調(diào)節(jié)outputvoltage,非常的方便快捷，有了這些優(yōu)點，本設(shè)計決定采用全橋LLC諧振變換器作為DC/DC后級電路。圖1.4LLC諧振電路根據(jù)上文對車載充電機前級和后級電路的分析，能夠得到完整的車載充電，機的拓撲結(jié)構(gòu)，圖1.5是車載充電機的整體拓撲結(jié)構(gòu)，我本設(shè)計的結(jié)構(gòu)前級選用三相六開關(guān)PFC電路，提高功率因數(shù)同時為后級提供穩(wěn)定在300V的輸入電壓，可謂一舉兩得；后級選擇的是全橋LLC諧振變換器來輸出280V~400V的寬范圍電壓，還可以