【正文】 學(xué)生姓名 班級(jí) 學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師 完成日期 2022 年 6 月 1 日 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2022) 電動(dòng)汽車(chē) 72V/2022W 快速充電器設(shè)計(jì) 摘 要： 電動(dòng)汽車(chē)快速充電器在當(dāng)今這個(gè)科技發(fā)展日新月異的時(shí)代，憑借著自己本身在電動(dòng)汽車(chē)這個(gè)朝陽(yáng)產(chǎn)業(yè)當(dāng)中的關(guān)鍵地位，迅速被人們所認(rèn)可。所以該充電器具有小而輕、穩(wěn)而快、人工智能等方面的優(yōu)勢(shì)，對(duì)于國(guó)家倡導(dǎo)的節(jié)能環(huán)保具有不凡的意義。 關(guān)鍵詞： 單端反激式電路；開(kāi)關(guān)電源的應(yīng)用；脈寬調(diào)制 UC3842 芯片 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2022) The Design of Fast Charger for Electric Vehicle With 72V and 2022W Abstract: Nowadays,fast charger for electric vehicle in today39。 UC3842 chip with pulse width modulation 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2022) 目 錄 1 概 述 ............................................................. 1 電動(dòng)汽車(chē)快速充電器設(shè)計(jì)的目的和意義 ............................ 1 電動(dòng)汽車(chē)快速充電器設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景 .................... 1 主要設(shè)計(jì)任務(wù)與預(yù)期成果 ........................................ 2 2 方案設(shè)計(jì)與論證 ..................................................... 2 方案一：基于高頻逆變橋的電動(dòng)汽車(chē)快速充電器設(shè)計(jì) ................ 2 方案二：基于全橋變換電路的電動(dòng)汽車(chē)快速充電器設(shè)計(jì) .............. 3 方案三：基于單端反激式的電動(dòng)汽車(chē)快速充電器設(shè)計(jì) ................ 4 方案的論證與選擇 .............................................. 4 3 單端反激式電動(dòng)汽車(chē)快速充電器主電路設(shè)計(jì) ............................. 6 輸入整流濾波電路的設(shè)計(jì) ........................................ 6 輸出整流濾波電路的設(shè)計(jì) ........................................ 8 啟動(dòng)電路設(shè) 計(jì) .................................................. 9 保護(hù)電路設(shè)計(jì) ................................................. 10 通風(fēng)與散熱裝置的設(shè)計(jì) ......................................... 11 4 單端反激式充電器控制電路設(shè)計(jì) ...................................... 12 控制 電路的設(shè)計(jì) ............................................... 12 反饋電路設(shè)計(jì) ................................................. 14 控制電路的保護(hù)電路設(shè)計(jì) ....................................... 14 5 充電器電路變壓器的參數(shù)選擇與計(jì)算 .................................. 15 高頻變壓器的計(jì)算 ............................................. 15 其他元器件的選擇與計(jì)算 ....................................... 16 6 PCB 布置圖的設(shè)計(jì) ................................................... 17 選擇各元器件的封裝 ........................................... 17 PCB 電路板的設(shè)計(jì) ............................................. 17 PCB 電路板元器件的布置 ....................................... 18 結(jié)束語(yǔ) .............................................................. 19 參考文獻(xiàn) ............................................................ 20 致 謝 ............................................................ 21 附 錄 ............................................................ 22 附錄 1：設(shè)計(jì)原理圖 ............................................... 23 附錄 2： PCB 正面元器件布置圖 ...................................... 24 附錄 3： PCB 反面布線圖 ............................................ 25 附錄 4：元器件目錄表 ............................................. 26 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2022) 1 電動(dòng)汽車(chē) 72V/2022W 快速充電器設(shè)計(jì) 1 概 述 在當(dāng)今的現(xiàn)代化社會(huì)里，電力電子技術(shù)憑仗著自身高效的優(yōu)勢(shì)迅速發(fā)展，高效能、高功率密度等優(yōu)點(diǎn)集于一身。電動(dòng)汽車(chē)具備零污染，噪音低，效率高，節(jié)能等長(zhǎng)處，所以格外受到列國(guó)的眷注。當(dāng)前想要大規(guī)模地生產(chǎn)銷(xiāo)售電動(dòng)汽車(chē)還不具有那樣的發(fā)展條件，甚至未來(lái)幾年或者幾十年都存在著一些不確定因素，必須要進(jìn)一步地研 究新型技術(shù)才能使其變?yōu)槠毡榈慕煌üぞ?。?duì)此，電動(dòng)汽車(chē)及其快速充電器的研究已經(jīng)是亟不可待了。 2 方案設(shè)計(jì)與論證 方案一：基于高頻逆變橋的電動(dòng)汽車(chē)快速充電器設(shè)計(jì) 這個(gè)電動(dòng)汽車(chē)快速充電器的設(shè)計(jì)通過(guò)高頻開(kāi)關(guān)電路來(lái)使充電器的重量和體積上面得到相應(yīng)的減少，避免了一般模式下取決于濾波電容、濾波電感和變壓器規(guī)格的大小來(lái)決定的情況，操作相對(duì)比較簡(jiǎn)單。啟動(dòng)電路、整流電路、反饋電路以及過(guò)流過(guò)壓欠壓保護(hù)電路構(gòu)成了主要的功能模塊。對(duì)于電動(dòng)汽車(chē)快速充電器而言，不是最佳選擇。綜上所述，我更偏向使用方案三。單端反激式原理圖如圖 24 所示，在 MOSFET功率管 Q1 正向?qū)ǖ那闆r下，電路中 T1 變壓器的一次側(cè)的繞組上擁有的電能將會(huì)有所提升，于是乎， T1 的二次側(cè)繞組由于整流二極管 VD 的反向偏置迫使它根本接受不到傳輸過(guò)來(lái)的能量。從下圖中可以大致了解整個(gè)內(nèi)部流程機(jī)制的走向，從交流輸入到輸出整流，再由反饋控制電路起到一個(gè)橋梁的作用，整體的效果結(jié)構(gòu)還是比較緊湊的。 輸入整流濾波電路的設(shè)計(jì) 存在著系統(tǒng)就會(huì)有干擾信號(hào)的產(chǎn)生，而在這次設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)里面共模信號(hào)與差模信號(hào)的存在就是這干擾信號(hào)的來(lái)源，二者相形比較之下，差模干擾對(duì)于主電路的影響還算是比較輕微的，可以忽略不計(jì)，相反 的是，共模信號(hào)對(duì)整個(gè)電路的沖擊倒是不小，為此，我們需要找到一個(gè)合適的濾波器來(lái)使共模信號(hào)的干擾盡可能地最小化，而 EMI 濾波器正是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，把它加在原理電路圖的輸入與輸出之間接能夠達(dá)到我們所需的減輕共模信號(hào)干擾的目的。 L1 稱為共模電感。 假使共模電感上有分支電流從電流 I1 中流出來(lái)經(jīng)過(guò) L 的話，那么濾波器中上下兩個(gè)繞組的的磁場(chǎng)會(huì)鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2022) 7 因?yàn)殡娏魍蚨蛊湓谕嗌匣ハ喁B加，這時(shí)總電感迅速增大產(chǎn)生很大的感抗，從而能夠消除共模干擾帶來(lái)的影響。圖中電容 C6 的功能是負(fù)責(zé)把經(jīng)過(guò)橋式整流器變換得到的脈沖電流轉(zhuǎn)化成波動(dòng)范圍偏小、輸出波形更加穩(wěn)定平滑的直流電壓。 輸出高頻整流電路 在 我們學(xué)過(guò)的開(kāi)關(guān)電源的整流電路中，也曾了解過(guò)許多現(xiàn)代的整流電路，比如普通整流電路、倍流整流電路、異步整流電路、低壓大電流高頻整流電路以及同步整流電路等相關(guān)電路，相比較過(guò)去時(shí)代的整流電路而言，現(xiàn)今這些整流電路鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2022) 9 的輸出頻率著實(shí)提高了不少，更加符合現(xiàn)在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域的要求。在變壓器的二次側(cè)與尾端的電阻器之間我添加了輸出儲(chǔ)能電感以及輸出濾波電容這兩個(gè)模塊，目的是為了使輸出電壓的波動(dòng)幅度能夠得到一定地減弱，同時(shí)使輸出功率可以適當(dāng)?shù)亟档?。于是乎，我們便能將一個(gè)規(guī)格大小為 47uF 的電解電容濾波 C103 并聯(lián)到電路中的恰當(dāng)位置來(lái)保障整 個(gè)系統(tǒng)電路的合理運(yùn)行。 保險(xiǎn)管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是由三個(gè)模塊組成。 通風(fēng)與散熱裝置的設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車(chē)快速充電器在長(zhǎng)時(shí)間地工作后會(huì)因?yàn)?IGBT 功率元件的導(dǎo)通與開(kāi)關(guān)損耗而產(chǎn)生相當(dāng)多的熱量，而充電器本身的裝置空間又比較狹小 緊湊，所以為了避免充電器因高溫發(fā)生損壞，這就要求我們?cè)O(shè)計(jì)一個(gè)裝置來(lái)通風(fēng)散熱，將這些由電路中電子元件工作產(chǎn)生的熱能輸送到充電器的外界環(huán)境中以便讓電動(dòng)汽車(chē)快速充電器能夠安全長(zhǎng)久地使用，提高它的利用率，節(jié)約資源。 WCR / ?? 。此外，當(dāng)電源電壓異常時(shí)，功率開(kāi)關(guān)管的功率增大，當(dāng)取樣電阻上的電壓超過(guò) 1V 時(shí)， UC3842 就停止輸出，有效的保護(hù)了功率開(kāi)關(guān)管。 7 VCC 提供 直流 電源 供電流 ，芯片 UC3842另外還具有輸入電壓欠壓鎖定功能，分別為 16V（通）和 10V（斷） 。它集成了輸入和基準(zhǔn)欠電壓鎖定電路、振蕩器、 PWM 鎖存器、電流檢測(cè)比較器以及誤差放大器等模塊，性能優(yōu)良并且沿著集成化、高頻化、小型化的趨勢(shì)迅速發(fā)展。 圖 43 反饋電路圖 控制電路的保護(hù)電路設(shè)計(jì) 如圖 44 中的 UC3842 芯片提供的保護(hù)電路所示，取樣電阻 R12 與 UC3842的電流測(cè)定端 ISENSE 口相串接，以此用來(lái)監(jiān)測(cè)峰值電流，因?yàn)樵谥圃?UC3842芯片時(shí)其內(nèi)部就已經(jīng)設(shè)置了一個(gè)大小為 1V 的截止電壓，一旦電流出現(xiàn)異常致使R12 分擔(dān)的電壓值超過(guò)該截止電壓 1V，那么脈沖寬度調(diào)制便會(huì)自動(dòng)關(guān)閉發(fā)射的脈沖，以達(dá)到安全穩(wěn)定控制輸出的最大電流，防止因電路過(guò)載或短路造成的過(guò)流危害。 變壓器磁芯的選擇 本次變壓器磁芯選擇的是價(jià)格便宜、高阻率以及磁芯的重復(fù)使用率較高的 EE型磁芯，它是由軟磁的鐵氧體磁性材料構(gòu)成的，并且它的交流渦流損耗相對(duì)來(lái)說(shuō)還是非常的低的，所以我把它用到此次的方案設(shè)計(jì)中來(lái)了，既節(jié)約又高效。 100% UUU UDDSM I NORORM A X ?? （ 54） % UUU UD DSM I NOR ORM A X ??? 變壓器的二次側(cè)匝數(shù) N2 的計(jì)算過(guò)程如下 : OinUUn? （ 56） ?? OinUUn 匝 nNN 12? （ 57） ?? nNN 匝 所以變壓器的二次側(cè)的繞組匝數(shù)可以選擇 6 匝。 C. 在進(jìn)行大體的布局之后進(jìn)行電氣規(guī)則檢查，彈出錯(cuò)誤連接后對(duì)照原理圖重新修改繪制 直到解決所有的問(wèn)題。一般情形下，我們把 電氣關(guān)系連接緊密的幾個(gè)部位元件放在一起，避免連線雜亂無(wú)章，也就是所謂的模塊化布置法，接著從電路的邊緣拉網(wǎng)式地向電路板的中央依次布置電源、信號(hào)線、開(kāi)關(guān)信號(hào)電路、濾波反饋等電路模塊，其中濾波電容與兆耦電容應(yīng)該盡量在電源周邊布置，總的來(lái)說(shuō)，放置各功能模塊中的元件時(shí)既要考慮元件實(shí)際本身的大小形狀，也要考慮該模塊是否與另一個(gè)模塊有相同的屬性以便可以劃分到一個(gè)區(qū)域，這樣做到分區(qū)管理為之后的調(diào)整提供了方便，整體效果清晰整齊、多而不亂，最后，在 PCB 外圍為之后的焊接工程留下足夠的空間。 經(jīng)過(guò)不停地研究、論證、修改，我們用到了電力電子技術(shù)、數(shù)電、電路、模電、單片機(jī)控制技術(shù)、自控等等相關(guān)的知識(shí)，也算是畢業(yè)前的一次綜合練兵。 [3] 《反激變換器不同工作模式時(shí)的穩(wěn)態(tài)分析與設(shè)計(jì)》高遜編著，電子設(shè)計(jì)應(yīng)用， 2022 年。 [7] 《電動(dòng)汽車(chē)電池智能快速充電器的設(shè)計(jì)》黃會(huì)雄，袁力輝，蘇神保編著，微計(jì)算機(jī)信 息， 2022 年。 [11]《單片微機(jī)原理與應(yīng)用》羅印升主編，機(jī)械工業(yè)出版社， 2022 年 1 月。在即將離開(kāi)校園踏入社會(huì)的時(shí)候，有太多的人、太多的事值得我去感謝。 最后，鄭重地感謝百忙之后仍不辭辛苦前來(lái)