【文章內(nèi)容簡介】 的輸出頻率著實提高了不少，更加符合現(xiàn)在專業(yè)領(lǐng)域的要求。在科技創(chuàng)新日新月異的當(dāng)代，集成電路技術(shù)越發(fā)成熟，其規(guī)格大小呈現(xiàn)出小型化的趨勢。在這次的設(shè)計中，我選擇的是一般情況下都會用的到的普通整流電路，高頻變壓器二次側(cè)選擇的則是效率較高的半波整流方式。 直流輸出整流電路如圖 35 所示，主要的電子器件由二極管、電容、 電感等等。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能電感以及輸出濾波電容這兩個模塊，目的是為了使輸出電壓的波動幅度能夠得到一定地減弱，同時使輸出功率可以適當(dāng)?shù)亟档汀? 圖 35 直流輸出整流電路 啟動電路設(shè)計 c o m p V r e fV fb V c cI s e n s e OUTR t /C t GND12348765U C 3 8 4 2R 1 0 5V d c 圖 36 驅(qū)動之前啟動電路圖 驅(qū)動之前啟動電路如圖 36 所示，如果 6 腳（即推挽輸出端）可以被觸發(fā)啟動，那么 UC3842 芯片內(nèi)部的過壓 Vcc 與 Vef 這兩個端口即具有欠壓鎖定功能的比較器搭配上過壓安全保護電路，便可以正常地運行整個電路的啟動模塊。在 Vcc的電壓大小太低的情況下，控制芯 片內(nèi)部便會出現(xiàn)欠壓鎖定，相反，如果 Vcc 大于 36V 的話，那么就需要我們把 36V 大小的穩(wěn)壓二極管接在 Vcc 與 GROUND 之間，如果齊納二極管穩(wěn)壓，那么在 36V 以下輸出電路穩(wěn)定運行。 電動汽車 72V/2022W 快速充電器設(shè)計 10 co m p V r efV fb V ccI s en s e OUTR t /C t GND12348765U C 3 8 4 2D2C 1 0 3+D 2 圖 37 正常工作之后啟動電路圖 正常工作之后的啟動電路如圖 37 所示， D2 是一個穩(wěn)壓二極管，它的功能是確保整個電路的正常進行，而維持系統(tǒng)的持續(xù)動力來源的則是與 D2 串接的輔助繞組電感 L，它扮演的角色可以說是一個能量補給站，二者相輔相成。于是乎，我們便能將一個規(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)位置來保障整 個系統(tǒng)電路的合理運行。 保護電路設(shè)計 “保護電路 ”，顧名思義，就是保護人體或者電子儀器元件免受因電路故障而造成的危害而設(shè)計的電路。通常情況下用到的電路保護元件一般都有溫度熔斷器、熔斷電阻等，其中最是普遍用到的就數(shù)保險管了。保險管又叫保險絲，是為了確保電路能夠安全運行而裝在應(yīng)用電路中電路元件，在電路中它的文字代表符號是“F”或者 “FU”，一般情況下我們把它安裝在整個電路的輸入端，正常工作后，如果電路某個部位意外地發(fā)生短路或者過載等過電流的情況，致使保險管發(fā)生熔斷，此時正常工作的輸入電路就會被硬生生地切 斷，為防止故障進一步擴大起到了一個過電流保護的作用。 保險管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是由三個模塊組成。首先，最關(guān)鍵的就是熔體，就是它負(fù)責(zé)保險管作用時切斷電流的作用，再者是兩個接觸電阻相當(dāng)小的電極，它們的作用是便于減輕安裝在電路中的干擾，尤其是要保證這兩個電極的導(dǎo)電率也必須足夠的好，這樣才能在危險發(fā)生的時候及時是熔體切斷實施保護，最后的部分就是管鉗與支持的那部分了，它的機械強度保證了保險管的形狀不會輕易地發(fā)生改變，另外它的阻燃性與耐熱性在預(yù)防保險管發(fā)生燃燒或已經(jīng)在燃燒方面具有很好的保護作用。 額定電壓、電流以及熔斷電流 這三項參數(shù)是保險管的主要指標(biāo)。額定電壓指的就是保險管在正常工作情況下它所能承受的最大電壓，額定電流指的就是保險管在安全工作環(huán)境下它能承受的最大電流，熔斷電流指的就是電路中的電流達到一定的程度足可以是保險管熔斷的那個電流值，值得關(guān)注的是，當(dāng)電路中經(jīng)過保鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（ 2022) 11 險管的電流只超過額定電流而沒有達到或者說已經(jīng)超出熔斷電流的時候，保險管是不會自動熔斷起到保護電路的作用的。 通風(fēng)與散熱裝置的設(shè)計 電動汽車快速充電器在長時間地工作后會因為 IGBT 功率元件的導(dǎo)通與開關(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，這就要求我們設(shè)計一個裝置來通風(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)境中以便讓電動汽車快速充電器能夠安全長久地使用，提高它的利用率，節(jié)約資源。針對晶閘管模塊的總功耗進行的散熱設(shè)計的計算過程如下所示： () CC E sa t Tsa tp V I D? ? ? （ 31） 其中 satp 表示導(dǎo)通損耗， VCE(sat)表示絕緣柵雙極型晶體管 IGBT 的導(dǎo)通壓降，大小是 ， CI 是承受的平均導(dǎo)通電流，大小是 28A， DT 是占空比，大小是 。 開關(guān)工作的頻率 f 是 66KHZ，那么開關(guān)損耗如下： ][ )()( OF FONp w mSW EEfP ??? （ 32） 式中 )()( OFFON EE ? 查表可得，取值為 mJ3 。 總功耗如下 ： SWsatT PpP ?? （ 33） 通過查詢 EUPEC 數(shù)據(jù)手冊可以知道二極管的損耗、通態(tài)壓降 FV 、 平均電流FI ，占空比 D 取值是 ，那么損耗如下： DIVP FFdfw ???/ （ 34） recpwmdoff EfP ??/ （ 35） doffdfwD PPP // ?? （ 36） 綜合上面所列的公式，帶入數(shù)據(jù)進行相關(guān)計算，得到： WP s a t ???? WPSW 198366 ??? WPT 1 31 9 ??? WPfw ? WPoff 25? WPD ??? 那么充電器中的功率變換器中的總功耗計算結(jié)果如下所示： 電動汽車 72V/2022W 快速充電器設(shè)計 12 ? ? WP 0 2 1 34 ???? 依據(jù)現(xiàn)實器件所需選擇合適的大小， IGBT 的封裝面積 cmA? 式中： k 取 ，單位 WCcm /2 ?? 。 WCR / ?? 。 4 單端反激 式充電器控制電路設(shè)計 控制電路的設(shè)計 芯片引腳圖如表 41 所示： 表 41 UC3842 引腳功能 序號 引腳名稱 引腳功能 1 COMP 內(nèi)部誤差放大器的輸出端 ，通常此腳與 2 腳之間接有反饋電路，以確定誤差放大器的增益效果和頻響。 2 VFB 是 反饋電壓輸出端，此腳與內(nèi)部誤差放大器同相輸入端的基準(zhǔn)電壓（一般為 +）進行比較，產(chǎn)生控制電壓，控制脈沖的寬度。 3 ISENSE 電流 傳感端，在外圍電路中，在功率管的源極串接一個小阻值的取樣電阻，將脈沖變壓器的轉(zhuǎn)換成電壓，此電壓送入 3 腳 ，控制脈寬。此外，當(dāng)電源電壓異常時，功率開關(guān)管的功率增大，當(dāng)取樣電阻上的電壓超過 1V 時， UC3842 就停止輸出，有效的保護了功率開關(guān)管。 4 RT/CT 定時端，鋸齒波振蕩器外接定時電容 C 和定時電阻R 的公共端。 5 GROUND 接地。 6 OUTPUT 是推挽輸出端，該輸出端用來驅(qū)動開關(guān)管的門極，控制開關(guān)管的關(guān)斷。 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） 。 8 VREF 5V 基準(zhǔn)電壓輸出端，有 50mA 的負(fù)載 能力，它通過定時電阻 RT 向定時電容提供充電電流。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（ 2022) 13 圖 41 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖 PWM 控制芯片 UC3842 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其管腳如圖 41 所示，該芯片調(diào)制器采取的是單端輸出的形式，其內(nèi)部的場效應(yīng)管或 者雙極性的功率管都可以被直接驅(qū)動。它的長處在于簡易的外圍電路、較小的啟動電流、數(shù)量較少的管腳、工作頻率 f高達 500KHZ 并且電壓調(diào)整率直至 %。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、小型化的趨勢迅速發(fā)展。 圖 42 控制電路原理圖 UC3842 控制的電路原理圖如圖 42 所示，它的 2 腳也就是電壓反饋腳，將它接地， COMP 端口即 UC3842 芯片的誤差放大器的輸出端直接接到光耦 PC817 的集電極，這樣便可直接用 1 腳充當(dāng)反 饋，隨后與 3 腳測定的 INSENSE 取樣電流二者進行相互對比，通過 PWM 鎖存器輸出驅(qū)動信號從而使電路的反應(yīng)能力更加靈敏。直接利用 1 腳作為反饋，其實也就是相當(dāng)于增加了一個過載保護裝置，例如發(fā)生電路過載異常等情形時，用來環(huán)路補償?shù)?1 腳電壓會很快降低進而導(dǎo)致 6腳的輸出截止，起到一個保護電路的作用。 電動汽車 72V/2022W 快速充電器設(shè)計 14 反饋電路設(shè)計 如圖 43 所示，代號 D11 的 TL431 穩(wěn)壓管配合 PC817 光耦作為反饋電路，起到了一個監(jiān)測、通斷取樣分析、反饋的作用， TL431 穩(wěn)壓管元件當(dāng)中的 基準(zhǔn)電壓會和經(jīng)由與光耦 PC817 的 2 腳串接的 R5 分壓之后的輸出電壓 UO 二者進行比較，此時就會存在一定的電壓偏差，而另一方面 UC3842 控制器的占空比便是由剛才的誤差電壓經(jīng)過光耦 PC817 來控制的，這樣形成的環(huán)路補償電路就可以比較輕松地操控著輸出電壓，而一旦這個環(huán)路出現(xiàn)波動幅度較大時，我們就可以通過調(diào)節(jié) PC817 光耦和 TL431 這兩個模塊來使其穩(wěn)定。 圖 43 反饋電路圖 控制電路的保護電路設(shè)計 如圖 44 中的 UC3842 芯片提供的保護電路所示，取樣電阻 R12 與 UC3842的電流測定端 ISENSE 口相串接，以此用來監(jiān)測峰值電流，因為在制造 UC3842芯片時其內(nèi)部就已經(jīng)設(shè)置了一個大小為 1V 的截止電壓，一旦電流出現(xiàn)異常致使R12 分擔(dān)的電壓值超過該截止電壓 1V，那么脈沖寬度調(diào)制便會自動關(guān)閉發(fā)射的脈沖，以達到安全穩(wěn)定控制輸出的最大電流，防止因電路過載或短路造成的過流危害。 R12 監(jiān)測的峰值電流大小為 Iipm=1V/R，我們可以選取 充當(dāng) R12 這個監(jiān)測電阻?？紤]到本次任務(wù)書給的輸入電壓介于最小值 180V 與最大值 264V 之間，又要保證電路能夠正常地運行，加上輸入的三相交流電中出現(xiàn)的 120V 大小的反電勢，對線圈的漏感造成的影響也不可以輕 易忽略，并且漏感電壓最大值高達 100V，這就要求我們的電路設(shè)計能夠經(jīng)得住 362+120+100=582V這樣的最大承受電壓，所以我們選取的 MOSFET 功率管就必須能經(jīng)受得了高壓即耐壓性能要好，為此， 100V 左右的 MTH6N100 規(guī)格的 MOSFET 功率管恰好可以符合現(xiàn)實情況所需的要求。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計說明書（ 2022) 15 圖 44 UC3842 提供保護電路 5 充電器電路變壓器的參數(shù)選擇與計算 高頻變壓器的計算 變壓器主要有視在功率、電壓比、效率等參數(shù)，其中變壓器一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組匝數(shù)比與視在功率需要著重仔細的計算。 變壓器磁芯的選擇 本次變壓器磁芯選擇的是價格便宜、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來說還是非常的低的，所以我把它用到此次的方案設(shè)計中來了，既節(jié)約又高效。 變壓器主要參數(shù)的計算 a. 變壓器輸出功率 ??? 410 i iiIUP （ 51） wIUP i ii 2160410 ?? ?? b. 變壓器計算功率 ）（ ?11ot ??? PP （ 52） WPP 48 1121 6011ot ??????? ）（）（ ? 其中， ?表示電源的效率 c. 設(shè)計的輸出能力 jwm4t4 10 ）（ KKfB PA p ??? ?? （ 53） 電動汽車 72V/2022W 快速充電器設(shè)計 16 其中， AP 是磁芯截面積乘積，單位是 cm4； Pt 是變壓器計算功率，單位是 W； Bm 是工作磁感應(yīng)強度，單位是 T； Kj 是電流密度系數(shù)； f 是工作頻率，單位是 Hz； Kw 是窗口占空系數(shù)。（其中 Bm 為