電動(dòng)汽車車載智能快速充電器設(shè)計(jì)方案

關(guān)鍵詞： 充電器 , 單片機(jī) , 電動(dòng)汽車 , 電源

　　摘要： 為滿足電動(dòng)汽車蓄電池?zé)o損傷快速充電的需求， 提出將大功率開關(guān)電源變換技術(shù)應(yīng)用于智能充電器。結(jié)合實(shí)際充電要求， 給出了電動(dòng)汽車車載充電系統(tǒng)的總體方案， 并就方案中涉及到的大功率充電電源拓?fù)涞倪x擇， 控制電路設(shè)計(jì)及保護(hù)電路設(shè)計(jì)做了具體介紹。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該充電電源可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)動(dòng)力蓄電池的無損傷充電， 滿足快速充電的要求。文章所研究的車載智能充電器為新型電動(dòng)汽車提供了一種可靠有效的充電設(shè)備， 具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。
　　0 引 言
　　面對(duì)傳統(tǒng)燃油汽車尾氣排放造成的污染及其對(duì)石油資源的過度消耗所引發(fā)的環(huán)境與能源問題， 電動(dòng)汽車以其良好的環(huán)保、節(jié)能特性， 成為當(dāng)今國際汽車發(fā)展的潮流和熱點(diǎn)。目前世界上許多發(fā)達(dá)國家的政府、著名汽車廠商及相關(guān)行業(yè)科研機(jī)構(gòu)都在致力于電動(dòng)汽車技術(shù)的研究開發(fā)與應(yīng)用推廣。
　　車載電動(dòng)汽車充電器是電動(dòng)汽車大規(guī)模商業(yè)化后不可缺少的組成部分， 如何實(shí)現(xiàn)車載充電器對(duì)蓄電池快速無損傷充電是電動(dòng)汽車投入市場前必須解決的關(guān)鍵技術(shù)之一。本文設(shè)計(jì)的充電器是一種加裝于電動(dòng)汽車上的車載充電設(shè)備， 通過對(duì)目前車載蓄電池的發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展前景進(jìn)行分析， 以目前使用廣泛的閥控密封鉛酸電池為研究對(duì)象， 在技術(shù)上采用目前較為先進(jìn)又成熟的逆變技術(shù)， 具有體積小、重量輕、效率高、調(diào)節(jié)范圍大等特點(diǎn)。同時(shí)從功能角度， 它也適合鎳鎘、鎳氫， 鋰離子等類型的動(dòng)力蓄電池。因此， 具有較大的實(shí)用價(jià)值。
　　1 智能充電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
　　結(jié)合當(dāng)前電動(dòng)汽車電能供給的典型方式和充電電源的發(fā)展?fàn)顩r， 文章設(shè)計(jì)的智能充電系統(tǒng)如圖1所示。整個(gè)電路采用了AC /DC-DC /DC 的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)， 首先是220V 的交流市電經(jīng)EMI濾波、PFC校正電路變?yōu)?80V 的直流， 然后經(jīng)DC /DC 半橋變換及相應(yīng)的控制電路， 保證輸出電流電壓滿足充電電池的需求。其中PFC 控制電路主要由MOSFET 管、Boost升壓電感、控制芯片ICE2PCS01以及直流濾波電容組成。DC /DC變換采用半橋式拓?fù)洌?主要由高頻變壓器、MOSFET 管以及LC 濾波電路組成?？刂撇糠滞ㄟ^對(duì)蓄電池端電壓、電流信號(hào)的采集反饋， 由SG3525產(chǎn)生雙路PWM 波控制半橋拓?fù)渲蠱OSFET管的通斷時(shí)間來控制充電電流和電壓， 其控制部分還包括對(duì)電流、電壓、溫度的采集監(jiān)測以及實(shí)時(shí)顯示。

　　

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　　圖1 智能充電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

　　2 系統(tǒng)主要電路設(shè)計(jì)
　　2.1 APFC電路設(shè)計(jì)
　　本設(shè)計(jì)選擇工作于連續(xù)調(diào)制模式下的平均電流型升壓式APFC 電路來實(shí)現(xiàn)較為合適。具體的電路設(shè)計(jì)如圖2 所示， 控制芯片選用ICE2PCS01.由ICE2PCS01構(gòu)成的有源功率因數(shù)校正電路。

　　

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　　圖2 有源功率因數(shù)校正電路

　　2.2 半橋式逆變部分設(shè)計(jì)
　　DC /DC變換是該充電電源的關(guān)鍵部分， 同時(shí)也是難點(diǎn)所在。整機(jī)性能的好壞、質(zhì)量優(yōu)劣、成本高低在很大程度上取決于該逆變橋路。該部分如圖3所示， 主要包括變換器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇、功率管選擇、變壓器設(shè)計(jì)、吸收回路設(shè)計(jì)及濾波回路設(shè)計(jì)等。

　　

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　　圖3 半橋變換電路

　　2.2.1 電路主變換拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的選擇
　　在開關(guān)電源的各種變換拓?fù)渲校?半橋變換以其輸出功率大、結(jié)構(gòu)簡單、開關(guān)器件少、實(shí)現(xiàn)同等功率變換的成本較低且抗磁通不平衡能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，成為該充電器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的首選。半橋電路由兩只數(shù)值相等、容量較大的高壓電容器組成一個(gè)分壓電路， 通過控制一個(gè)橋臂上兩個(gè)開關(guān)管交替導(dǎo)通和截止， 在變壓器原邊產(chǎn)生高壓開關(guān)脈沖， 從而在副邊感應(yīng)出交變的方波， 實(shí)現(xiàn)功率轉(zhuǎn)換。該電路拓?fù)涞囊粋€(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是阻斷電容C3 的連接使其具有抗磁通不平衡能力， 有效防止磁偏。同時(shí)將變壓器初級(jí)側(cè)的漏感尖峰電壓鉗位于直流母線電壓， 將漏感存儲(chǔ)的能量歸還到輸入母線， 而不是消耗于電阻元件。
　　2.2.2 高頻變壓器的設(shè)計(jì)
　　由220V 的交流輸入經(jīng)過前級(jí)的APFC 變換電路后， 得到380V 輸出電壓， 同時(shí)該輸出電壓也是后級(jí)DC-DC變換的輸入電壓。在變壓器的作用下，原邊電壓是190V， 副邊輸出電壓是109V， 參考有關(guān)的設(shè)計(jì)資料， 具體計(jì)算如下：
　?、俪跫?jí)繞組匝數(shù)：