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                        車載充電器高效率PFC技術分析

                        添加時間:2018/09/06 來源:浙江大學 作者:王斌斌
                        PFC技未應運而生,本文對PFC技術從有橋PFC到無橋PFC的發展進行了介紹,總結了目前主流的BOOST無橋PFC巧批及各自的優缺點。
                        以下為本篇論文正文:

                        搞要

                          隨著純電動汽車和插電式混合動力汽車的增多,一種高效的車載充電器的研發就顯得十分義、要。目前,電動汽車充電器的主電路一般采用AC/DC變換器和DC/DC變換器結合工作的結構,本文主要研究了前級的AC/DC變換器部分。傳統的有橋PFC方窠輸入整流橋上損耗在所有損耗中占主體,為提升PFC效率,無橋PFC應運而生。

                          本文對PFC技術從有橋PFC到無橋PFC的發展進行了介紹,總結了目前主流的BOOST無橋PFC拓撲及各自的優缺點。緊接著息結了本文研究的對象圖滕桓BOOST無橋PFC的研究熱點。圖滕柱BOOST無橋PFC結構簡單,具有較小的共模干擾。但是,在圖騰柱BOOST無橋PFC電路中,兩個開關管的體二極管替代了傳統PFC中的快恢復二極.管,作為續流二極管。因此該拓樸不適合應用于電流連續樸式(CCM),只適合工作在電流斷續棋式(DCM)或者電流臨界連續模式(CRlvp,即應用于中小功率的場合。此外,該巧押的兩個開關管的驅動需要隔離,相對來說,驅動較為復雜。

                          為了將圖騰枉BOOST無橋PFC巧撲實用化,本文對其工作原理進行了詳細的分析,給出了損耗分析模型,整體系統設計方窠,包括硬件和軟件設計,最后通過仿真和實驗驗證了方案的可行性。

                          關鍵詞:車載充電器,無橋PFC,損耗分析,圖騰擔,交錯并聯

                        Abstract

                          With the increase number of pure electric vehicles and plug-in hybrid vehicles,th,s necessary to research and design a highly efficient car charge. At present, the main circuit of the lectric vehicle charger is generally AC/DC converter and DC/DC converter. This paper studied the AC/DC converter part. The rection bridge loss in traditional power factor correction (PFC) schane with input rectifier bridge is the mos;t part in all losses. Bridgeless PFC is introduced th improve the efficiency in PFC converter.

                          This paper introduces the development of PFC technology from bridge PFC 1:0 bridgeless PFC. Current BOOST bridgeless PFC topology and their respective advantages and disadvantages are summarized in this paper. Then it summarizes the research hotspot of totem-pole BOGS了 PFC, which has simple structure and small common mode interference. However, in totem-pole BOOST bridgeless PFC circuit, the body diodes of two switches tubes replaces the fast recovery diodes which work as freewheeling diodes in the conventional PFC.

                          Therefore,this topology is not suitable for current continuous mode (CCM).th is only suitable for current thscontinuous mode (DCM) or current critical continuous mode (CRM). That,s th say it is suitable for medium and small power applications. In addition,the two switches in this topology need isolate drive,which is more complex than non-isolate drive.

                          In order to bring totem-pole BOOST PFC to practical application, the principle of the PFC topology is analyzed in detail. The lo巧孤alysis model and the overall system design scheme, including the hardware and software design, are given in this paper. Finally the sinmlation and experiment are carried out to verify the feasibility of the scheme.

                          Keywords: vehicle charger, bridgeless PFC, loss analysis, totem-pole, interleave

                          能源是人類生存和發展的重要物質基礎,也是當今國標政治、經巧、軍事、外交關注的焦點。中國經濟社會持續快速發展,離不開有力的能源保障。在工業化國家交通用能占能源消費總量的30%r40%。交通系統與交通工具能效提高和環境友好巴成為國際趨勢。

                          如目前生產的油電混合動為小汽車,其油耗丘經低于每百公里3~3.5L,比傳統動為小汽車平均油耗低50%~70%W。

                          由于交通用能占整個能源消費比重大,電動汽車電帶油,能夠實現"零排放",噪音低,是解決能源和環境問題巧重要手段。隨著石油資源的緊張和電池技術的發展,電動汽車在性能和經濟性方面邑經接近甚至優于傳統燃油汽車,并開始在世界范圍內逐漸推廣應用。W電動汽車為代表的新一代節能與環保汽車是汽車工業發展的義然趨勢已經成為普遍共識W。如何研發出高效、經久耐用的電動汽車車載智能充電器,必然成了各個研發團趴攻關課題。

                          2001年,國家863計劃首次設立電動汽車重大專項,并提出"王級王橫"的研究開發布局,新能源汽車邑進入中國汽車產業的宏觀構圖。2009年2月17日,科技部、財政部、國家發改委、工業和信息化部共同啟動實施節能與新能源汽車示范推廣工程,對13個試點城市及我國節能與新能源汽車推廣應用工作進行部署。全國兩會期間又提出"十二五"期間將出臺電動汽車充電、電池生產等統一標準。

                          隨著純電動汽車和插電式混合動力汽車的增多,電動汽車能否便捷充電成為制約其取代傳統汽車的關鍵一環。車載充電器與充電站相比使用更加方便,與充電控相比巧用更低。

                          車載充電器更加符合家用電動車充電的需求,在國內商用充電站還沒有建成、充電植數量化十分有限的情況下,一種高效的大功率車載充電器的研發就顯得十分必要W。

                          此外,在最近幾十年,由于越來越多的電力電子設備投入使用,一些通用的標準,如IEC/EN 61000-3-2被制定出來,對設備注入電網的諧波電流進行限制。強制性的國際標準和嚴格的電能質量要求大大的促進了功率因數校正技術的發展。因此,研究高效率的AC/DC變換器變得重要且刻不容緩。

                          在電動汽車大力發展的背景下,電動汽車充電器也得到廣泛關注,研究開發高效的電動汽車充電器變得極其有義要。本文主要關注充電器當中巧AC/DC變換器部分,即研究應用于電動汽車充電器的高效率功率因數校正變換器。論文主要內容包括W下幾個部分:

                          第1章介紹了電動汽車的發展現狀,闡述了研究開發高效率的電動汽車充電器的意義L乂及高效率AC/DC變換器在其中的重要地位。然后從拓撲的角度對PFC的發展和現狀做了簡要回顧和總結,著重總結.了圖騰柱BOOST無橋PFC的研究熱點方向,為本文的研究打好了堅實的基礎。

                          第2章對以交錯并聯圖騰柱無橋PFC為例,詳細分析了其損耗組成,并對各個主要損耗建立了損耗計算模型,同時W本義的樣機實例為例進行了損耗計算。最后對提升PFC變換器效率提出了一些可行的方向性指導。

                          第3牽在前人研究的基砸上提出了一種臨界導通模式圖滕柱無橋PFC整流器,通進檢測MOSFET漏極源極兩端電壓與閑值電壓的大小關系來產生DS觸發信號,利用該信號來觸發主管的開通,從而實現臨界模式的圖滕控無橋PFC。在此基礎上,提出了同步整流的實現方法,可W進一步提升變換器效率。這種控制方法免去了對電感電流的檢測,也可W擴展到交錯并聯的應用中去。同時提出的一種比較電路,該電路能夠有效檢測MOSFET漏極源極兩端電壓與閩值電壓的大小關系。通過仿真和實驗對提出的控制方法可行性進行了驗證。

                          第4章在第3章的基礎上,將臨界導通模式應用到交錯并聯的圖騰柱無橋PFC中,對其工作原理進行了詳細分析,同時對平臺系統和元器件進行設計。最后通過仿真驗證了交錯并聯方窠的可行性。

                          第5章對本文所做的工作進行總結,并對將來的王作進行了展望。

                          車載充電器高效率PFC技術分析:

                        從相關斷時刻調整方法
                        從相關斷時刻調整方法

                        同等地位鎖相環控制框圖
                        同等地位鎖相環控制框圖

                        交錯并聯圖騰柱無橋PFC
                        交錯并聯圖騰柱無橋PFC

                        交流輸入正半周,電路等效電路
                        交流輸入正半周,電路等效電路

                        簡化的電路原理
                        簡化的電路原理

                        交流輸入正半周,電路主要工作巧形
                        交流輸入正半周,電路主要工作巧形

                        系統整體結構框圖
                        系統整體結構框圖

                        輸出過流保護
                        輸出過流保護

                        一種電流過零檢測方法
                        一種電流過零檢測方法

                        目錄

                          摘要
                          Abstract
                          第1章 緒論
                            1.1 研究課題的背景與意義
                            1.2 電動汽車充電設備國內外研究現狀
                            1.3 無橋PFC研究現狀
                              1.3.1 諧波的定義和標堆
                              1.3.2 常見BOOST PFC拓撲結構的發展
                              1.3.3 圖騰控無橋PFC研究熱點
                            1.4 本文的研究內容
                            1.5 本章小結
                          第2章 圖騰柱無橋PFC損耗分析
                            2.1 損耗分析
                              2丄1輸入二極管
                              2丄2輸入電感
                              2.1.3 功李 MOSFET
                              2丄4 同步整流管
                              2丄5 輸出電容
                              2丄6 其他損耗
                              2丄7 損耗分析
                            2.2 本章小結
                          第3章 單相臨界導通圖騰枉無橋PFC整流器
                            3.1 臨界導通模式PFC技術回顧和現狀
                            3.2 工作原理及控制方法
                            3.3 控制算法軟件設計
                              3.3.1 整體程序框圖
                              3.3.2 軟動
                              3.3.3 輸入電壓正負半周巧換
                              3.3.4 胃步整流
                            3.4 仿真與實驗結果
                              3.4.1 仿真結果
                              3.4.2 實驗結果
                            3.5 本章小結
                          第4章 交錯并聯圖騰柱無橋PFC
                            4.1 交錯并聯技術簡介
                              4丄1 開環交錯并聯
                              4丄2 閉環交錯并聯
                              4丄3.電路工作原理
                            4.2 系統整體方窠
                              4.2.1 技術指標
                              4.2.2 系統整體結構設計
                              4.2.3 采樣及調理電路設計
                              4.2.4 保護電路設計
                              4.2.5 開關管漏極源極兩端電壓檢測電路設計
                              4.2.6 數字控制系統
                              4.2.7 驅動電路設計
                            4.3 主要元器件設計
                              4.3.1 輸入電感
                              4.3.2 輸入高頻濾波電容
                              4.3.3 功率 MOSFET
                              4.3.4 功率二極管
                              4.3.5 輸出電容
                            4.4 仿真驗證
                            4.5 本章小結
                          第5章 總結和展望
                            5.1 總結
                            5.2 展望
                          參考文獻

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