【正文】 防止磁通不平衡的阻斷電容的選擇電容C3是為了避免磁通不平衡問(wèn)題而設(shè)計(jì)的。電流流過(guò)時(shí)，該電容被充電，這部分充電電壓使初級(jí)平頂脈沖電壓有所下降，由于該電容占用一部分電壓，使次級(jí)電壓降低，使獲得同樣輸出電壓所需的導(dǎo)通時(shí)間延長(zhǎng)。同理，由D4，R4，C8對(duì)Q2的關(guān)斷過(guò)程進(jìn)行保護(hù)。下面分別介紹LC濾波回路中電感電容的設(shè)計(jì)方法。代數(shù)據(jù)入上面到濾波電感計(jì)算公式，則得L=21uH。根據(jù)能量守恒原理，在某一額定的輸出電壓范圍內(nèi)母線輸出濾波電容限壓下跌放出的能量，即為在半個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)總的輸出功率。 半橋變壓器的參數(shù)設(shè)計(jì)由220V的交流輸入經(jīng)過(guò)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)DCDC變換的輸入電壓。25%，其具體的計(jì)算過(guò)程如下：(1) 變壓器的設(shè)計(jì)輸出能力 ()其中，電流密度，視在功率, 窗口使用系數(shù)，最大磁通密度選為。由于初級(jí)繞組與次級(jí)繞組的匝數(shù)比為 ()因此得到次級(jí)繞組匝數(shù)匝, 則最終取為8匝。 控制保護(hù)電路圖: 將電阻分壓獲取的輸出電壓信號(hào)以及電流霍爾傳感器采集的輸出電流信號(hào)送至SG3525的誤差放大器的反相輸入端, 由其產(chǎn)生兩路PWM方波信號(hào), 6N137對(duì)該方波信號(hào)光耦隔離, 并送至FAN7390進(jìn)行功率放大和波形轉(zhuǎn)換, 以驅(qū)動(dòng)半橋變換器。針對(duì)不控整流電路的這種缺點(diǎn)，在整流電路和電容之間接入有源功率因數(shù)校正環(huán)節(jié)，并對(duì)控制電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。20%的寬范圍交流電源作為輸入電源，并用6節(jié)120AH的鉛酸蓄電池串聯(lián)進(jìn)行帶載試驗(yàn)，、?？梢钥闯鲈谠摃r(shí)刻，滿載時(shí)的功率因數(shù)校正波形，開(kāi)關(guān)管在輸入電壓電流工頻過(guò)零點(diǎn)是完全處于截止?fàn)顟B(tài)的，PFC電感處于電感電流連續(xù)的工作模式，這樣保證輸入電流很好的跟隨輸入電壓成為正弦波，電路具有很高的功率因數(shù)。 變壓器改進(jìn)后輕載模式下原副邊電壓電流波形 改進(jìn)變壓器后的原邊電壓電流波形圖由以上兩圖可以看出電壓波形和電流波形相位一致性較好，開(kāi)關(guān)管的波形與理論上分析的完全一致，在開(kāi)關(guān)管關(guān)斷瞬間電壓尖峰較小，說(shuō)明變壓器的漏感較小，功率轉(zhuǎn)換的損耗小。同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)還增加了多種保護(hù)電路措施，安全性符合車用設(shè)備的通用規(guī)范。 參考文獻(xiàn) 參考文獻(xiàn)[1] 陳清泉，孫迎春，[M]. 北京: 北京理工大學(xué)出版社，2002.[2] [J].長(zhǎng)沙通信職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2006.[3] 任凌，王志強(qiáng)，李思揚(yáng)。主要應(yīng)用在交通運(yùn)輸，通信，電力，鐵路，礦山，港口等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各個(gè)部門(mén)，是社會(huì)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)活動(dòng)中不可缺少的產(chǎn)品。設(shè)計(jì)的充電系統(tǒng)用了電壓回路和電流回路的雙閉環(huán)控制, 能夠?qū)崿F(xiàn)鉛酸蓄電池快速無(wú)損傷充電的需求?？梢钥闯觯贛OS管導(dǎo)通期間，電感電流的三角波上升，電感存儲(chǔ)能量；在MOS管關(guān)斷期間，電感電流的三角波下降，電感釋放能量，結(jié)合PFC控制芯片ICE2PCS01，最后很好的實(shí)現(xiàn)了平均電流模式控制的Boost型功率因數(shù)校正。可以看出在該情況下，電感電流處于臨界連續(xù)模式，且電感電流的包絡(luò)變化跟蹤于交流市電輸入電壓經(jīng)過(guò)整流后輸出的電壓包絡(luò)信號(hào)，達(dá)到了PFC校正的目的。達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目的。如下式: ()死區(qū)時(shí)間的設(shè)定為: ()當(dāng)設(shè)定電路振蕩頻率為50kHz, 死區(qū)時(shí)間為3時(shí), 該部分元件參數(shù)的取值為, , 。原邊12匝，副邊8匝，(原邊21根并繞，副邊17根并繞)；繞制工藝采用原副邊交叉繞(兩段式全包)，可實(shí)現(xiàn)變壓器的緊密耦合，減小漏感。(2) 變壓器繞組匝數(shù)的計(jì)算初級(jí)繞組匝數(shù)的計(jì)算為 ()其中 ()為變壓器初級(jí)輸入電壓幅值，單位為； 為初級(jí)輸入脈沖電壓寬度，單位為。參考有關(guān)的資料，選用軟磁鐵氧體PM87磁芯，材質(zhì)為南京新康達(dá)公司的LP3材料(或用TDK公司的PC40材料代替)，磁導(dǎo)率為2300177。 將已知的數(shù)據(jù)帶入上式，可得 ()由于濾波電容的電容量和耐壓能力有限，因此常把多個(gè)濾波電容串并聯(lián)使用。為防止電感量下降得過(guò)小，此處電感量取值為60uH左右。 由此，流過(guò)電感的最大電流，其中為輸出電壓。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。設(shè)允許的輸入電壓下降量為dV(一般選為最小輸入電壓的10%)，產(chǎn)生該壓降的等效平頂脈沖電流為，這樣所需阻斷電容值可簡(jiǎn)單的通過(guò)下式得到 ()將已知數(shù)據(jù)帶入上式，可得該電容的取值為14uF 左右。在半橋變換器中，若C2和C6節(jié)點(diǎn)處電壓不能精確到電源電壓的一半，則Q1導(dǎo)通時(shí)初級(jí)承受的電壓將與Q2導(dǎo)通時(shí)的不相等，磁通會(huì)沿磁滯回線正向或者反向持續(xù)增加使磁芯飽和，損壞開(kāi)關(guān)管。在輸入直流電壓最小時(shí)，電壓為時(shí)的輸入功率為 ()其中為初級(jí)電流脈沖等效為平頂脈沖后的峰值，為 ()(2) 半橋變換器功率管的選擇本設(shè)計(jì)中，采用半橋式拓?fù)洌_(kāi)關(guān)管Q1和Q2上的電壓即為變換器的輸入電壓，有下式成立： ()二極管D2和D6 上的電壓為： ()整流二極管D3和D5上的電壓為： ()流過(guò)開(kāi)關(guān)管的最大電流值： ()注：上式中為負(fù)載電流，為變壓器原邊漏感。整機(jī)性能的好壞、質(zhì)量?jī)?yōu)劣、成本高低在很大程度上取決于該逆變橋路。如果開(kāi)關(guān)管或的導(dǎo)通時(shí)間超過(guò)，則在電感負(fù)載時(shí)，電壓的波形變成為的方波，電流變成為正、負(fù)面積對(duì)稱的三角波，并不再受開(kāi)關(guān)管和導(dǎo)通時(shí)間變化的影響。于是電壓變負(fù)。的幅值，頻率等于逆變器的開(kāi)關(guān)頻率，即，為逆變器的開(kāi)關(guān)周期。而A點(diǎn)的電位則取決于開(kāi)關(guān)管V1和V2的工作情況。在220VAC跨越頻率fv處為18Hz，相移56176?？紤]到輸出電壓中包含著頻率為2倍輸入頻率的紋波，因此設(shè)計(jì)的補(bǔ)償電路的頻率響應(yīng)帶寬應(yīng)遠(yuǎn)小于100Hz，用來(lái)抑制100Hz左右的紋波。CCM工作方式固有的升壓變換器中的占空比表達(dá)式如下： ()正弦參考信號(hào)僅在Doff間隔內(nèi)獲得，控制電壓Vp送到PWM方框中去控制平均升壓電感電流，因此傳輸函數(shù)G2(s)表達(dá)式如下： ()而功率級(jí)的傳輸函數(shù)G3(s)的定義如下： ()在以上幾個(gè)等式中，Vout為PFC校正之后的直流輸出電壓，Iout為直流輸出電流，IAVE為電感電流的平均值。 電流環(huán)的一對(duì)極點(diǎn)和相角(5) 電壓補(bǔ)償環(huán)路的設(shè)計(jì)，共有四個(gè)方框，其中包括誤差放大器G1(s)，IC的PWM調(diào)制器G2(s)，升壓變換器的功率級(jí)G3(s)及反饋檢測(cè)G4(s)。在本設(shè)計(jì)中，補(bǔ)償電容取值為時(shí)， 其Gc(s)。則電流環(huán)的開(kāi)關(guān)增益為： ()補(bǔ)償電容不斷充放電，從而得到電流信號(hào)的平均值，因此其充放電頻率一定要小于開(kāi)關(guān)頻率。Cp為Ip端的電容，gOTA2為誤差放大器OTA2的跨導(dǎo)增益。在實(shí)際的應(yīng)用中，開(kāi)關(guān)頻率選擇在20kHz到200kHz之間，在本設(shè)計(jì)中，開(kāi)關(guān)頻率選為67kHz，由芯片的設(shè)計(jì)手冊(cè)可得，外部設(shè)定頻率的電阻值應(yīng)該選為70k。同時(shí)3腳外接限流電阻防止電流過(guò)沖。在具體的電路設(shè)計(jì)中，控制芯片選用ICE2PCS01。(3) Boost輸出電容的選擇Boost輸出電容一般用于DCDC變換器供電，它主要有兩個(gè)功能：① 濾除由于器件高頻開(kāi)關(guān)動(dòng)作造成的直流電壓的紋波；② 當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化，如交流電源斷開(kāi)，在PFC的慣性環(huán)節(jié)延遲時(shí)間內(nèi)，將輸出直流電壓波動(dòng)維持在可接受的范圍內(nèi)。 采用ICE2PCS01的BOOSTPFC變換電路(1) Boost升壓電感的設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)的目標(biāo)為。輸入市電電壓Ui(220VAC177。 芯片技術(shù)特性：；2. 50 kHz~250 kHz可調(diào)頻率范圍； kHz時(shí),最大占空比為95%(典型值)； V177。IC的內(nèi)部電流環(huán)路控制平均輸入電流的正弦波形狀。除了增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模塊以外，ICE2PCS01還提供了額外的過(guò)壓（OVP）保護(hù)，這通過(guò)直接關(guān)閉門(mén)輸出來(lái)實(shí)現(xiàn)（當(dāng)Vout超過(guò)額定值+8%時(shí)）。由于具有不同的內(nèi)部參考電壓，因此需要在ICE1PCS01 和 ICE2PCS01的解決方案中分別采用不同的電阻分壓器。對(duì)于ICE2PCS01來(lái)講，可以通過(guò)FREQ引腳上的外部電阻對(duì)開(kāi)關(guān)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。GATE引腳所能承受的最大電壓通常箝位在15V（上拉）。所有電流和電壓環(huán)路補(bǔ)償都是在外部實(shí)現(xiàn)的，從而允許用戶進(jìn)行完全控制。此外，根據(jù)故障模式影響分析(FMEA)，很多的保護(hù)電路被集成在這塊芯片中。在CCM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，它的傳輸函數(shù)存在電壓環(huán)和電流環(huán)兩個(gè)控制環(huán)路。對(duì)于小于200瓦的小功率裝置，不連續(xù)調(diào)制模式(DCM)因其低廉的價(jià)格受到普遍歡迎。 平均電流控制技術(shù)電感電流波形圖 基于ICE2PCS01 BOOST APFC電路的設(shè)計(jì) 系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo):（1) 輸入電壓：220VAC177?；鶞?zhǔn)電流由輸入整流電壓與輸出電壓誤差放大信號(hào)的乘積組成，其中從輸入整流電壓取樣的目的是使基準(zhǔn)電流與整流后的電壓波形同相，電流誤差放大器CA的輸出直接加到PWM比較器的同相輸入端，PWM 比較器的反相輸入端接到鋸齒波信號(hào)發(fā)生器的輸出端，這樣電流誤差放大器 CA 的輸出可直接控制 PWM 比較器的占空比。而根據(jù)電流控制方式的不同，有源PFC電路可以分為峰值電流型、電流滯環(huán)控制型和平均電流型。本方案采用的是電感電流連續(xù)工作方式。在連續(xù)模式時(shí)采用兩個(gè)控制環(huán)，電壓環(huán)是外環(huán)，采樣輸出電壓，保持輸出電壓恒定；電流環(huán)是內(nèi)環(huán)，采樣電感電流，迫使電感電流跟蹤電流給定，減小輸入電流諧波?？刂撇糠滞ㄟ^(guò)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(lái)控制充電電流和電壓。工作頻率固定，電流不連續(xù)。 。下面就假設(shè)工作模式為CCM，來(lái)介紹一下三種方法的特點(diǎn)： ，采用恒定的開(kāi)關(guān)電源工作頻率，只有穩(wěn)定的工作頻率才能有效地、快速地檢測(cè)出峰值電流，并將這一電流“削尖”、均化來(lái)控制開(kāi)關(guān)管，對(duì)PWM進(jìn)行調(diào)節(jié)，使輸入電流波形與輸入電壓保持同步，從而提高功率因數(shù)。 APFC技術(shù)的思路是，控制已整流后的電流， 使之在對(duì)濾波大電容充電之前能與整流后的電壓波形相同， 從而避免形成電流脈沖，減小輸入電流諧波,達(dá)到改善功率因數(shù)的目的。雖然無(wú)源功率因素校正電路得到的功率因數(shù)不如有源功率因素校正電路高，~，因而在小功率電源中被廣泛采用。 由公式（）可知，要提高功率因數(shù)有兩個(gè)途徑，即使輸入電壓，輸入電流同相位；使輸入電流正弦化?！　?2)瞬時(shí)功率因數(shù)：是指在某一瞬間由功率因數(shù)表讀出的功率因數(shù)。功率因數(shù)是反映電力用戶用電設(shè)備合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。越小，則設(shè)備的無(wú)功功率越大，設(shè)備利用率越低，導(dǎo)線和變壓器繞組的損耗越大；越小，表示設(shè)備輸入電流諧波分量越大，將造成電流波形畸變，對(duì)電網(wǎng)造成污染，使功率因數(shù)降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電子設(shè)備損壞。使動(dòng)力蓄電池工作在較理想的工況下，延長(zhǎng)其使用壽命，提高充電效率，同時(shí)不產(chǎn)生有害氣體，實(shí)現(xiàn)真正意義上的清潔高效。針對(duì)電動(dòng)汽車鉛酸動(dòng)力電池，設(shè)計(jì)大功率充電系統(tǒng)。進(jìn)入20世紀(jì)80年代后，電力電子設(shè)備中開(kāi)關(guān)電源、相控整流器等非線性負(fù)載的大量投入使用，給功率因數(shù)校正技術(shù)提出了新的問(wèn)題，同時(shí)也給出了新的發(fā)展契機(jī)。為限制電流波形畸變和諧波，使電磁環(huán)境更加干凈，國(guó)內(nèi)外都制定了限制電流諧波的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如IEC5552，IEEC519等。這些設(shè)備的內(nèi)部需要一個(gè)將市電轉(zhuǎn)化為直流的電源部分。近年來(lái)開(kāi)始有人采用一些更加新穎的充電方法，例如模糊控制充電法。這些充電方法，一方面控制電路簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易；另一方面充電時(shí)間比較長(zhǎng)，充電方法過(guò)于單一，控制不當(dāng)會(huì)對(duì)蓄電池本身造成損害，以致影響蓄電池的使用壽命。線性電源是另一種常見(jiàn)的電源，它是通過(guò)串聯(lián)調(diào)整管可以進(jìn)行連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源。目前，常用的充電電源主要有以下三種:相控電源、線性電源、開(kāi)關(guān)電源。(2) 追求高的性能指標(biāo)。 電動(dòng)汽車充電技術(shù)發(fā)展概況蓄電池作為一種儲(chǔ)能設(shè)備，具有電壓穩(wěn)定、供電可靠、移動(dòng)方便等優(yōu)點(diǎn)，它廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門(mén)。同時(shí)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、政策也在緊鑼密