純電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與研究(上)

1 充電系統(tǒng)的方案
本文根據(jù)某款純電動(dòng)汽車參數(shù)需求，匹配定義的車載 充電器的主要技術(shù)參數(shù)，見表1。
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，充電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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)?90V 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)?，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?MOSFET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(cè)以及實(shí)時(shí)顯示。

2 APFC電路設(shè)計(jì)
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 A P F C  電 路 來 實(shí) 現(xiàn) 。 具 體 的電 路 設(shè) 計(jì) 如 圖 2 所 示 ， 控 制 芯 片 選 用 C E 2 P C S 0 1 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。

表1   充電器主要技術(shù)參數(shù)

項(xiàng)目              參數(shù)
輸入電壓          AC220V±20%;50Hz
輸出電壓范圍    220V～390V
輸出恒流    10.5A
功率    3000W
源電壓調(diào)整率    穩(wěn)壓≦0.2%
充電階段    恒流→恒壓
絕緣電阻    輸入輸出≧200MΩ
整機(jī)過熱保護(hù)
溫度閥值    65℃
絕緣強(qiáng)度    輸入輸出，AC1500V，
10mA，一分鐘
冷卻方式    自然冷卻
工作環(huán)境溫度    -40℃ ～65℃
工作濕度    ＜90%
工作效率    ＞94%
其它功能    帶CAN總線接口，提供電
壓、電流、充電進(jìn)程信號(hào)。

圖1   充電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖  

圖2  有源功率因數(shù)校正電路

圖3 半橋變換電路  

圖4  充電器原理圖

表2   總線報(bào)文結(jié)構(gòu)

6 吸收回路及濾波回路的設(shè)計(jì)
為解決關(guān)斷時(shí)器件的過壓?jiǎn)栴}，在圖3 中由D1、R1、C4 組成RCD緩沖器，通過減緩Q1漏源極電壓的上升速度使下 降的電流波形同上升的電壓波形之間的重疊盡量小，以達(dá)到 減小開關(guān)管損耗的目的。
同理由D4、R4、C8對(duì)Q2的關(guān)斷過程進(jìn)行保護(hù)。在輸出整流二極管之后采用LC 濾波電路減小輸出 電流電壓紋波。濾波電感L1的作用是使負(fù) 載電流的波動(dòng)減小，濾波電容C5的作用是 使輸出電壓的紋波減小。當(dāng)負(fù)載突減時(shí)， 濾波電容儲(chǔ)能；負(fù)載突增時(shí)，電容C5上的儲(chǔ)能首先向負(fù)載補(bǔ)充能量，以減小輸出電壓的峰-峰值。

7 控制保護(hù)電路設(shè)計(jì)及功能
控制保護(hù)電路主要完成3個(gè)功能：(1)控制充電系統(tǒng)按照 當(dāng)前的設(shè)定的輸出電壓電流值產(chǎn)生占空比可變的PWM波， 對(duì)開關(guān)管進(jìn)行驅(qū)動(dòng)， 實(shí)現(xiàn)功率變換； (2)當(dāng)出現(xiàn)過壓、 欠 壓、過流、過溫等故障時(shí)，控制充電電源的主回路停止工 作，從而將電源的損壞程度控制在最小范圍；(3)在充放電 過程中，對(duì)相應(yīng)的電壓、電流、溫度等參數(shù)實(shí)時(shí)顯示。（未 完待續(xù)）