电动汽车全桥移相式车载充电电源技术的研究

论文摘要

目前,飞速发展的汽车工业正给我国带来日趋严重的环境污染和能源危机,电动汽车成为解决这两大问题的重要途径。然而,储能电池性能的改进无法与电动汽车发展速度相匹配,同时充电站位置固定、使用不便,因此非常有必要研制一种低成本、使用灵活的车载充电电源,随时随地进行能量补给,为车载充电技术大范围应用奠定基础。恶劣的车载工况要求车载充电机必须具有尘密结构,只能采用自然冷却的散热方式,因此高效率成为其最重要的技术特点,同时还要具有对电网谐波污染小、重量轻、体积小、可靠性高、抗机械冲击及震动等特点。结合电动汽车车载充电机的技术指标和防护等级,确定了充电电源的总体方案,采用前级有源功率因数校正电路和后级DC/DC变换电路两级结构,并对两级电路的具体实现形式进行了分析。一方面,分析了有源功率因数校正技术的原理和必要性,通过对比有源功率因数校正的不同电路拓扑结构和控制方式的优缺点,选定了适合本系统的单级Boost电路拓扑结构和相应的平均电流控制方式。另一方面,为了使充电电源在大范围负载条件下获得高效率,选择了移相控制全桥PWM变换器作为后级DC/DC变换器的拓扑结构。列出了多种移相控制全桥零电压开关PWM变换器的改进电路,通过对比其优缺点以及实现的难易程度,选择加入两个钳位二极管和谐振电感的改进型PWM变换器为最终方案。详细分析了该改进变换器的工作原理,对加入的辅助部分的功能进行了讨论,给出了超前臂和滞后臂实现零电压开关的不同条件以及影响副边占空比丢失的因素。结合充电电源的解决方案以及技术指标,分别设计了前后两级电路主电路和控制电路的具体参数,分别利用Saber和PSPICE仿真软件对前后两级电路进行了仿真分析和参数优化。研制了一台2.4kW的电动汽车车载充电电源样机,在不同负载条件下分别对其进行了实验测试。实验结果表明,该车载充电电源具有很高的效率,同时对电网谐波污染小,可靠性高。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景及研究的目的和意义
• 1.2 电动汽车车载充电电源技术发展概况
• 1.3 软开关全桥变换器发展过程及研究现状分析
• 1.3.1 软开关全桥变换器发展过程
• 1.3.2 零电压软开关全桥变换器研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 电动汽车车载充电电源结构方案
• 2.1 车载充电电源的技术指标
• 2.2 充电电源总体结构
• 2.3 前级有源功率因数校正电路方案
• 2.3.1 有源功率因数校正电路的技术参数
• 2.3.2 有源功率因数校正主电路方案
• 2.3.3 有源功率因数校正控制电路方案
• 2.4 后级DC/DC变换器方案
• 2.4.1 后级变换器的技术参数
• 2.4.2 后级变换器的工作原理
• 2.4.3 后级变换器的特点分析
• 2.5 本章小结
• 第3章 前级有源功率因数校正电路设计
• 3.1 APFC电路的整体结构
• 3.2 APFC主电路结构及设计
• 3.2.1 输入EMI滤波环节
• 3.2.2 Boost升压变换环节设计
• 3.3 APFC控制电路结构及设计
• 3.3.1 控制电路具体结构
• 3.3.2 控制电路参数设计
• 3.4 APFC电路仿真分析
• 3.5 辅助电源设计
• 3.5.1 辅助电源整体结构
• 3.5.2 辅助电源参数设计
• 3.6 本章小结
• 第4章 后级DC/DC变换器设计
• 4.1 后级DC/DC变换器整体结构
• 4.2 DC/DC变换器主电路结构及设计
• 4.2.1 主电路具体结构
• 4.2.2 主电路参数设计
• 4.3 DC/DC变换器控制及驱动电路设计
• 4.3.1 控制电路设计
• 4.3.2 驱动电路设计
• 4.4 后级DC/DC变换器仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 车载充电电源样机实验分析
• 5.1 实验测试条件
• 5.2 前级有源功率因数校正电路实验测试
• 5.2.1 负载变化对功率因数校正效果的影响
• 5.2.2 功率因数与总谐波畸变率测试与分析
• 5.3 后级DC/DC变换器实验测试
• 5.3.1 负载变化对DC/DC变换器性能的影响
• 5.3.2 负载变化对零电压软开关效果的影响
• 5.4 车载充电电源样机效率测试与分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢