【正文】 用間接正弦波檢測(cè)方法的 ICE2PCS01 集成了電流調(diào)整器環(huán)路，方框圖如下。 ICE2PCS01 的控制電路中主要外圍參數(shù) 設(shè)計(jì)如下： (1) 電流檢測(cè)電阻的選擇 主電路上檢測(cè)電阻 4R 上的負(fù)壓降必須維持在一個(gè)比較低的值，跨壓為 左右的檢測(cè)電壓是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，保證產(chǎn)生的信號(hào)能夠避免受干擾，同時(shí)也不至于造成太大的能量損失。 222 mhuo OVV tPC ? ???? () 式中， t? —— 保持時(shí)間，電網(wǎng)斷電后要求電容在時(shí)間 t? 內(nèi)電壓不低于一定值； OV —— 直流輸出電壓； mhuV —— 要求電網(wǎng)斷電后，在保持時(shí)間內(nèi)電容電壓的最小值； 根據(jù)計(jì)算， Boost 輸出電容容量為 3700uF，由 5 個(gè) 750uF/450V 的電解電容并聯(lián)組成。采用英飛凌先進(jìn)的 APFC 控制芯片，通過(guò)對(duì)電壓外環(huán)，電流內(nèi)環(huán)的精確控制，實(shí)現(xiàn) APFC 校正的目標(biāo)。 14 芯片結(jié)構(gòu)如圖 圖 ICE2PCS01芯片結(jié)構(gòu)圖 表 ICE2PCS01引腳功能 表 圖 為該芯片內(nèi)部電路圖。 ICE2PCS01 在 Vout 超過(guò)額定值+5%的情況下，增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模塊能夠?qū)⒄伎毡妊杆僬{(diào)整到零。因?yàn)榫哂休^低的 GATE 下拉電壓，外部 MOSFET 能夠快速地開(kāi)關(guān)，從而降低了開(kāi)關(guān)損耗，提高了效率。 在 ICE2PCS01 中，引腳 4用來(lái)設(shè)定開(kāi)關(guān)頻率；但是在 ICE1PCS02 中，引腳 4 用于 AC欠壓檢測(cè)。然而，由于它固有的電流紋波較大， DCM 很少應(yīng)用于大功率場(chǎng)合。當(dāng)電感電流上升時(shí)， PWM 比較器的占空比下降，從而電感電流減??；反之，則加大電感電流。 Di LSC f RLdL fU inU o+Di LSC f RLdL fU inU o+( a ) ( b ) 圖 不同開(kāi)關(guān) 模式下的等效電路 i oR Ldi cfC fDiLfL fU in++QU 0 11 SOi Lfi DV LV inV o V intI L fmi nI L fmaxT onT o ffOOOtttI L fmi nI L fmaxT sI i 圖 電感電流連續(xù)工作方式下的主要波形 有源功率因數(shù)校正 (APFC)是在輸入整流和 DCDC 功率變換之間增加一級(jí)變換器，利用相應(yīng)的控制電路 (現(xiàn)在主要采用專(zhuān)用集成控制芯片 )及輔助電路，使輸入端電流波形接近正弦波形并保持與輸入電壓波形同相，從而使輸入端功率因數(shù)接近于 1。其輸入側(cè)有儲(chǔ)能電感可以減小輸入電流紋波，防止電網(wǎng)對(duì)主電路高頻瞬態(tài)沖擊，對(duì)整流器呈現(xiàn)電流源負(fù)載特性；其輸出側(cè)有濾波電容可以減小輸出電壓紋波，對(duì)負(fù)載呈現(xiàn)電壓源特性。這中方 法的缺點(diǎn)是控制電路比較復(fù)雜，需要增添電流誤差放大器。 其中升壓式為簡(jiǎn)單電流型控制， PF 值高，總諧波失真小，效率高，適用于 75W~2020W功率范圍的應(yīng)用場(chǎng)合，應(yīng)用最為廣泛。 功率因數(shù)矯正電路分為有源和無(wú)源兩類(lèi)。 (1)自然功率因數(shù)：是指用電設(shè)備沒(méi)有安裝無(wú)功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的功率因數(shù)，或者說(shuō)用電設(shè)備本身所具有的功率因數(shù)。 功率因數(shù)校正原理 6 2 功率因數(shù)校正原理 功率因數(shù) (PF)定義為有功功率 (P)與視在功率 (S)的比值，用公式表示為 : ???? c o sc o sc 1111 ???? RR IIIU osIUSPPF (） 式中 : 1I 為輸入電流基波有效值； RI 為電網(wǎng)電流有效值 , 22221 …… nIIIIR ???? 其中1I , 2I ,?? nI 為輸入電流各次諧波有效值； 1U 為輸入電壓基波有效值； ? 為輸入電流的波形畸變因數(shù)； ?COS 為基波電壓和基波電流的位移因數(shù)。 20 世紀(jì) 80 年代末推出了非連續(xù)導(dǎo)電模式(Discontinuous Conduction Mode， DCM) 的變換器，由于其輸入電流自動(dòng)跟隨輸入電壓變化以實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，因此這種校正技術(shù)也稱(chēng)為“電壓跟隨器”，采用 DCM 模式的 PFC校正電路中只有輸出電壓一個(gè)控制量，因而控制方式比較簡(jiǎn)單，適用于中小功率場(chǎng)合。這不但降低了輸入電路的功率因數(shù)，而且對(duì)公共電力系統(tǒng)產(chǎn)生污染，造成電路故障。對(duì)于鉛酸蓄電池來(lái)講，其中的分級(jí)定流充電法已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。相控電源所用的變壓器是工頻電源變壓器，它的體積比較龐大，由此造成相控電源本身的體積龐大、效率低下，并且該類(lèi)電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)差、可靠性能低。無(wú)論在哪一方面的應(yīng)用，都需要我們?cè)谔岣叱潆婋娫吹目焖傩院桶踩缘幕A(chǔ)上，朝著以下幾個(gè)方向努力： (1) 充電手段趨于現(xiàn)代化。純電動(dòng)汽車(chē)的發(fā)展離不開(kāi)充電設(shè)施的建設(shè)，目前，充電站建設(shè)的落后和車(chē)載充電器的效果不佳成為制約純電動(dòng)汽車(chē)發(fā)展的瓶頸之一。低能耗、零排放的純電動(dòng)汽車(chē)必將大規(guī)模普及，具有巨大的市場(chǎng)發(fā)展空間。 電動(dòng)汽 車(chē)概況 電動(dòng)汽車(chē)是指全部或者部分由電能驅(qū)動(dòng)電機(jī)作為動(dòng)力系統(tǒng)的汽車(chē)，它并不是一個(gè)新興的概念，早在 1905 年就有人曾經(jīng)申請(qǐng)了用蓄電池作為動(dòng)力驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)來(lái)改善內(nèi)燃機(jī)車(chē)輛加速性能的專(zhuān)利。 2 “九五”期間，電動(dòng)汽車(chē)被列入國(guó)家重大科技產(chǎn)業(yè)工程。政府制定了詳細(xì)的規(guī)劃和嚴(yán)格的法規(guī)，目的就是為了鼓勵(lì)電動(dòng)車(chē)的研發(fā)工作。另一方面，充電技術(shù)不能適應(yīng)鉛酸蓄電池的特殊要求，會(huì)嚴(yán)重影響蓄電池的壽命。目前全世界行駛的各種汽車(chē)總數(shù)量為 億，據(jù)德國(guó)市場(chǎng)研究所預(yù)計(jì)，在未來(lái)的 8 年里世界汽車(chē)數(shù)量將比現(xiàn)在增加 16%。 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 題目 ： 電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池充電系統(tǒng)功率部分 設(shè)計(jì) 院 （系）： 專(zhuān) 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2020 年 6 月 I 本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 題目 ： 電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池充電系統(tǒng)功率部分 設(shè)計(jì) 院 （系）： 專(zhuān) 業(yè)： 班 級(jí)： 學(xué) 生： 學(xué) 號(hào)： 指導(dǎo)教師： 2020 年 6 月 I 電動(dòng) 汽車(chē)動(dòng)力電池充電系統(tǒng)功率部分設(shè)計(jì) 摘要 為滿(mǎn)足電動(dòng)汽車(chē)蓄電池?zé)o損傷快速充電的需求 , 將大功率開(kāi)關(guān)電源變換技術(shù)應(yīng)用于充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)了由電動(dòng)汽車(chē)動(dòng)力電池充電系統(tǒng)功率部分。汽車(chē)作為正逐步走進(jìn)人們消費(fèi)能力范圍的商品，將隨著人口數(shù)量的大幅度增加而增加。這時(shí)需要時(shí)間一般為 10多個(gè)小時(shí)，甚至 20多個(gè)小時(shí)，充電時(shí)間長(zhǎng)，而且使用不便。如美國(guó)的“新一代汽車(chē)合作伙伴”項(xiàng)目 (partnership for a New Generation of VehiclesPNGV)，日本新能源與工 業(yè)技術(shù)發(fā)展組織 (New Energy and Industrial Technology Development OrganizationNEDO)協(xié)調(diào)所謂的“先進(jìn)清潔燃料汽車(chē)計(jì)劃”等。隨著汽車(chē)走進(jìn)千家萬(wàn)戶(hù)成為我們生活中的必需工具，我國(guó)汽車(chē)的保有量也在逐年攀升，形成了以紅旗、奇瑞、中華等一大批國(guó)產(chǎn)品牌汽車(chē)為主的一股不可忽視的力量。因此，鉛酸蓄電池的充電技術(shù)將對(duì)電動(dòng)車(chē)的快速發(fā)展起到關(guān)鍵性的作用。預(yù)計(jì)不久的將來(lái)，隨著電池技術(shù)的革新，配套設(shè)施的建成，成熟標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)政策的出臺(tái)，純電動(dòng)汽車(chē)的續(xù)駛里程將得到大幅度提高，同時(shí)成本也將大幅下降。比亞迪、吉利、奇瑞 2020年都紛紛推出自己的純電動(dòng)汽車(chē)。充電電源與蓄電池相伴而生，與蓄電池的應(yīng)用和發(fā)展有著密切的關(guān)系，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)交通車(chē)輛、電力系統(tǒng) 、煤炭礦山、不間斷電源、便攜電子產(chǎn)品等國(guó)民生活的各個(gè)領(lǐng)域，并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，充電電源的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。 相控電源是比較傳統(tǒng)的電源，它是將市電直接經(jīng)過(guò)整流濾波后輸出直流，再通過(guò)改變晶閘管的導(dǎo)通相位角，來(lái)控制整流器的輸出電壓。 針對(duì)傳統(tǒng)的充電方法充電緩慢、轉(zhuǎn)換效率低下、安全性能不好等缺點(diǎn)，目前國(guó)內(nèi)外陸續(xù)提出了一些新興快速的充電方法，如分級(jí)定流充電法，脈沖式充電法，定化學(xué) 反應(yīng)狀態(tài) 4 法，變電流間歇 /定電壓充電法、變電壓間歇充電法等。在這個(gè)轉(zhuǎn)換過(guò)程中，由于一些非線(xiàn)性元件的存在，導(dǎo)致輸入的交流電流嚴(yán) 重畸變，包含大量的諧波。 1986 年美國(guó)公布“功率因數(shù)等于 1”的專(zhuān)利，這是最早的比較完整的升壓式功率因數(shù)電路，這一時(shí)期是現(xiàn)代有源功率因數(shù)校正技術(shù)發(fā)展的初級(jí)階段，當(dāng)時(shí)的研究工作主要集中在工作于連續(xù)導(dǎo)電模式 (Continuous Conduction Mode， CCM) 下的升壓變換器，這種控制方法主要是基于乘法器 控制技術(shù)，適用于大功率變換器。因此該課題的研究具有很好的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景。 功率因數(shù)分為自然功率因數(shù)、瞬時(shí)功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)。 利用功率因數(shù)校正技術(shù)可以使交流輸入電流波形完全跟蹤交流輸入電壓波形，使輸入電流波形呈純正弦波，并且和輸入電壓同相位，此時(shí)整流器的負(fù)載可等效為純電阻。 有源功率因數(shù)校正分類(lèi)按電路結(jié)構(gòu)分為：降壓式、升 /降壓式、反激式、升壓式。THD 值小，對(duì)噪聲不敏感，電感電流峰值與平均值之間的誤差小，具有恒定的工作頻率，可以任意拓?fù)涓鞣N控制電路，輸入電壓可以隨便調(diào)節(jié)。 Boost 有源功率因數(shù)校正電路的設(shè)計(jì) BOOST 變換器的工作原理和控制方式 Boost PFC電路是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的有源功率因數(shù)校正電路，主電路由不控整流電路、電感、開(kāi)關(guān)管和濾波電容組成。 圖 Boost變換器的電路圖 當(dāng)電路中的電感電流工作在連續(xù)模式下， Boost 變換器存在兩種開(kāi)關(guān)模式，如下圖(a)和 (b)所示，同時(shí)圖 給出了 Boost 變換器在電感電流連續(xù)模式 (CCM)下工作的主要波形圖。 12 圖 Boost APFC 電路平均電流控制原理圖 其波形見(jiàn)圖 所示。另外，它的控制電路塊中只有一個(gè)電壓控制環(huán)，因而采 用 DCM 的 PFC 設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易行。本文將對(duì)此 IC 的功 能進(jìn)行詳細(xì)地介紹，并通過(guò)測(cè)試結(jié)果驗(yàn)證了它的性能 。由于采用了最新的 BiCMOS技術(shù)， GATE 下拉電壓從最大 2V （ ICE1PCS01）降低到最大 1V（ ICE2PCS01）。 Vsense 電壓還可以應(yīng)用到增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模塊。外部電壓環(huán)路控制 Vout 并且調(diào)節(jié)平均輸入電流的幅度。 20%)經(jīng)過(guò)整流濾波，進(jìn)入 PFC 校正部分，經(jīng)過(guò) Boost 升壓電感、 MOSFET 斬波電路，將其轉(zhuǎn)換為輸出電壓 380V 的直流電壓。 開(kāi)關(guān)動(dòng)作造成的紋波頻率一般比較高，只需要較小的電容就可以滿(mǎn)足第一項(xiàng)的要求，第二項(xiàng)要求與負(fù)載功率變化的大小、輸出直流電壓、輸出紋波電壓和保持時(shí)間△ t 等因素有關(guān)，其中保持時(shí)間一般取 15ms— 50ms。輸入單相交流電壓范圍為 176～ 264V, 輸出直流電壓為 380V。 (4) 電流環(huán)調(diào)整率及其補(bǔ)償設(shè)計(jì) 該部分電流補(bǔ)償及下一部分的電壓補(bǔ)償目的不僅是確保在窄的帶寬下實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正，還要給出足夠的相移區(qū)域，以確 保功率因數(shù)校正部分在整個(gè)工作范圍內(nèi)能穩(wěn)定工作。 則電流環(huán)的開(kāi)關(guān)增益為： ? ? ? ? ? ? ? ?sKsKsKsG B o o stCAVEc ??? () 補(bǔ)償電容 ipC 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。 1 7 6 V A C amp。 CCM 工作方式固有的升壓變換器中的占空比表達(dá)式如下：