充電樁DC-DC變換器電路的設計分析目錄TOC\o"1-3"\h\u11175充電樁DC-DC變換器電路的設計分析 187541.1DC/DC變換器 173441.1.1獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)常用DC/DC變換器拓撲結構 1282301.1.2Buck變換電路的工作原理 2256041.2光伏逆變器的工作原理與模擬仿真 51.1DC/DC變換器1.1.1獨立光伏發(fā)電系統(tǒng)常用DC/DC變換器拓撲結構如果充電口的電壓與接電口的電壓不同那就不能有效的進行充電，要想達到更好的充電效率，我們就需要用dc/dc變換器來把電源電壓變換成一樣，這時我們就需要用dc/dc變換器電路。而我們所應用的DC/DC變換電路主要分為buck電路，boost電路，buck-boost電路。它們的集成電路結構拓撲分別如下圖4-1所示。a.BUCK電路拓撲圖a.BUCK電路拓撲圖b.BOOST電路拓撲圖c.BUCK-BOOST電路拓撲圖d.CUK電路拓撲圖圖3-1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中常用的DC/DC變換電路拓撲圖Buckboost Buck-boost圖4-SEQ圖4-\*ARABIC1太陽能光伏發(fā)電系統(tǒng)中常用的DC/DC變換電路拓撲圖1.1.2Buck變換電路的工作原理光伏電池充電系統(tǒng)對新型鉛離子蓄電池進行充電的方式有很多，buck電路便是其中的一種，而且buck電路對把電流降低的工作效率還是挺高的，并且buck電路一直在把電流降壓達到穩(wěn)定的電壓起著重要的作用，因為它對電壓值的要求遠大于給鉛蓄電池所充時需要的的電壓，且不穩(wěn)定，所以我們使用它的buck電流變換降壓電路很好的有效解決了這一降壓問題。Buck電路是通過開關Q不斷導通和關斷交替變換，實現(xiàn)降壓和穩(wěn)壓的。當開關Q導通時，如圖4-2所示，電流從電路通過開關時不斷的往電感上充電，此時電感就會把電能不斷地進行儲存，這時候電路中的電流是電流1比電流2大，這時候的電流就會不斷地往電容2流入，那么當前狀況就說明電容2在充電。當開關Q關閉時，如圖4-3所示，此時二極管導通處于續(xù)流狀態(tài)，為了保持電流I1不變，電感L兩端電壓極性不變，輸出電壓極性也不變即上正下負，同時I1<I2，電容開始放電。圖4-SEQ圖4-\*ARABIC2開關導通時Buck等效電路圖圖4-SEQ圖4-\*ARABIC3開關關閉時Buck等效電路圖1.1.3Boost變換器的工作原理Boost升壓電路工作原理如圖4-4所示圖3-4圖3-4升壓DC-DC變換器電路的原理圖圖4-SEQ圖4-\*ARABIC4boost電路的原理圖圖2SEQ圖\*ARABIC\s16升壓式DC-DC變換電路輸出波形圖2圖2SEQ圖\*ARABIC\s16升壓式DC-DC變換電路輸出波形圖2SEQ圖\*ARABIC\s16升壓式DC-DC變換電路輸出波形圖4-SEQ圖4-\*ARABIC5升壓式DC-DC變換電路輸出波形如圖4-5所示，隨著驅動時間的不斷增加，l上的驅動電流也呈線性地在增長，且呈現(xiàn)為周期性變換，L上的電壓周期性維持穩(wěn)定，打開時較高，關閉時不顯示電壓。 (4-1)當時，達到最大值，通過二極管D導通時，的增長量為 (4-2)在時刻，開關管S關斷，通過二極管D向輸出端流動，電源功率和電感L的能量流向負載和電容C，，此時加在L上的電壓為，因為，故減小。 (4-3)當時，達到最小值，在開關S截止期間，的增長量為(4-4)boost模式變換器的兩個輸入輸出電流峰值就是兩個升電降壓補償電感L輸出電流的一個平均值。(4-5)二極管D的電流平均值就是負載電流，并且此刻開關S導通期間電感電流的增長量等于它在開關S截止期間的減少量，由下列公式可直接得出此刻輸出負載電壓與此刻輸入負載電壓的正比關系:(4-6)同時與降壓式中的dc/dc電路相反，因為這種控制電路不可能直接起到控制升壓器的作用，所以在我們使用的時候把導通開關的的時間改變一下就可以做到把改變變換器電壓的目的。1.2光伏逆變器的工作原理與模擬仿真逆變器是將不是高頻率的直流電壓變換轉變成成為高頻交流的電壓變換器，由于現(xiàn)在市面上目前大部分電動汽車和充電樁系統(tǒng)輸入的主要是高頻交流電，而我們所知道的一些電池都是都是直接提供直流電，這樣導致我們沒有辦法給電動汽車直接提供可以使用的電源，所以目前逆變器不可以缺少的，系統(tǒng)最后一次輸出的直流電或者說就是通過儲能的蓄電池將充放電時的三相直流電轉換成單相交流電，從而能夠提供單相電的交流電提供給一臺電動汽車進行充電樁。1.2.1光伏逆變器工作原理（1）前原理圖圖4-SEQ圖4-\*ARABIC6原理圖（2）工作原理當我們把開關關上，電路電流就會流經(jīng)電感就會給電感充能，如果我們把開關打開之前電感里面的能量就會流出作用在電路的負載上。如果電感非常大一定時間流經(jīng)電感的電流量是固定的，這段時間電感就會儲存一定的能量，如果電容也是非常的大，此時，我們把開關打開，打開的這段時間電源會給電容充電經(jīng)過與之前相同的時間電容所充的能量應該與之前釋放到負載的能量相等。用公式來表示它們的關系的話如下列出：(4-7)(4-8)綜上可知，因為，所以輸出電壓比輸入電壓高，即該電路能使輸入電壓得到提升。在電路工作過程中，電路的電感電流也會發(fā)生斷斷續(xù)續(xù)的情況，但是大致上就分為兩種，一種情況叫做電流連續(xù)動作，這種情況一般是先把電路的開關打開，再讓電路里面的電感電流變成零。另一種情況叫做電流不連續(xù)動作，這種情況一般是先讓電路里面的電感變成零之后，再把開關打開。它們的主要區(qū)別就是開關是否打開和電感是否為零的順序不一樣。為了更全面的了解這兩種情況，我們設計了下面兩個等效電路如圖4-7，來研究怎么樣減少電流負載的的波動。圖4-SEQ圖4-\*ARABIC7電路等效模型我們把先把開關s閉合，等效控制電路如下下圖4-7（a）所示，那么可得:(4-9)設電流的初始值為，解得：(4-10)然后令S關斷，由圖4-7(b)的等效電路有：(4-11)設電流的初始值為，解得：(4-12)圖4-8是連續(xù)動作和不連續(xù)動作的的理論波形。圖圖3-8連續(xù)和不連續(xù)動作理波形圖2SEQ圖\*ARABIC\s19連續(xù)和不連續(xù)動作理論波形圖4-SEQ圖4-\*ARABIC8波形圖（3）后原理圖圖4-SEQ圖4-\*ARABIC9原理圖（4）工作原理如圖4-9所示為以絕緣柵雙極性晶體管(IGBT)為主開關器件的單相全橋逆變器主電路圖為主輔助開關控制器件的直流單相全向三橋交流逆變開關器件的主控制電路結構圖，圖中是交流輸出電感，是直流的電容，4是主開關管IGBT，它能夠控制pwm信號，把電流的正弦波圖像給導出來，讓我們知道實驗結果是否與理論值相同，從而達到調節(jié)輸出電流功率驅動因數(shù)為1的控制目的。1.2.2光伏逆變器的模擬仿真圖3-10帶濾波器的DC-AC全橋逆變電路下圖4-10是一個圖3-10帶濾波器的DC-AC全橋逆變電路圖4-SEQ圖4-\*ARABIC10帶濾波器的DC-AC全橋逆變電路圖中的四個電壓控制電壓源的相位都互相差了。它們的周期都是。當分別設置位于v1與v3的兩個delaytime夾角參數(shù)(即兩個觸發(fā)點夾角α)為3ms時，那么就需要把2號電源和四號電源的參數(shù)設置為，讓它們差假設一個光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出的直流電壓為。為了可以給電動汽車充上電，可用圖4-10所示的電路將100V直流電逆變成220V交流電。已知參數(shù)L1=1.0H，R2=1.0KΩ，C1=10u我們可以通過圖4-10的電路原理得到下圖的實驗仿真結果。圖4-SEQ圖4-\*ARABIC11實際實驗220V交流仿真圖3-11220V交流仿真圖3-11220V