【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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(shì)。在這次的設(shè)計(jì)中，我選擇的是一般情況下都會(huì)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(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)亟档汀? 圖 35 直流輸出整流電路 啟動(dòng)電路設(shè)計(jì) 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(dòng)之前啟動(dòng)電路圖 驅(qū)動(dòng)之前啟動(dòng)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(dòng)，那么 UC3842 芯片內(nèi)部的過(guò)壓 Vcc 與 Vef 這兩個(gè)端口即具有欠壓鎖定功能的比較器搭配上過(guò)壓安全保護(hù)電路，便可以正常地運(yùn)行整個(gè)電路的啟動(dòng)模塊。在 Vcc的電壓大小太低的情況下，控制芯 片內(nèi)部便會(huì)出現(xiàn)欠壓鎖定，相反，如果 Vcc 大于 36V 的話(huà)，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(yùn)行。 電動(dòng)汽車(chē) 72V/2022W 快速充電器設(shè)計(jì) 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(dòng)電路圖 正常工作之后的啟動(dòng)電路如圖 37 所示， D2 是一個(gè)穩(wěn)壓二極管，它的功能是確保整個(gè)電路的正常進(jìn)行，而維持系統(tǒng)的持續(xù)動(dòng)力來(lái)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(shuō)是一個(gè)能量補(bǔ)給站，二者相輔相成。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。 保護(hù)電路設(shè)計(jì) “保護(hù)電路 ”，顧名思義，就是保護(hù)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(jì)的電路。通常情況下用到的電路保護(hù)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(xiǎn)管了。保險(xiǎn)管又叫保險(xiǎn)絲，是為了確保電路能夠安全運(yùn)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(hào)是“F”或者 “FU”，一般情況下我們把它安裝在整個(gè)電路的輸入端，正常工作后，如果電路某個(gè)部位意外地發(fā)生短路或者過(guò)載等過(guò)電流的情況，致使保險(xiǎn)管發(fā)生熔斷，此時(shí)正常工作的輸入電路就會(huì)被硬生生地切 斷，為防止故障進(jìn)一步擴(kuò)大起到了一個(gè)過(guò)電流保護(hù)的作用。 保險(xiǎn)管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是由三個(gè)模塊組成。首先，最關(guān)鍵的就是熔體，就是它負(fù)責(zé)保險(xiǎn)管作用時(shí)切斷電流的作用，再者是兩個(gè)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(gè)電極的導(dǎo)電率也必須足夠的好，這樣才能在危險(xiǎn)發(fā)生的時(shí)候及時(shí)是熔體切斷實(shí)施保護(hù)，最后的部分就是管鉗與支持的那部分了，它的機(jī)械強(qiáng)度保證了保險(xiǎn)管的形狀不會(huì)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(xiǎn)管發(fā)生燃燒或已經(jīng)在燃燒方面具有很好的保護(hù)作用。 額定電壓、電流以及熔斷電流 這三項(xiàng)參數(shù)是保險(xiǎn)管的主要指標(biāo)。額定電壓指的就是保險(xiǎn)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(xiǎn)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(dá)到一定的程度足可以是保險(xiǎn)管熔斷的那個(gè)電流值，值得關(guān)注的是，當(dāng)電路中經(jīng)過(guò)保鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2022) 11 險(xiǎn)管的電流只超過(guò)額定電流而沒(méi)有達(dá)到或者說(shuō)已經(jīng)超出熔斷電流的時(shí)候，保險(xiǎn)管是不會(huì)自動(dòng)熔斷起到保護(hù)電路的作用的。 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。針對(duì)晶閘管模塊的總功耗進(jìn)行的散熱設(shè)計(jì)的計(jì)算過(guò)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(kāi)關(guān)工作的頻率 f 是 66KHZ，那么開(kāi)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(guò)查詢(xún) EUPEC 數(shù)據(jù)手冊(cè)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(jìn)行相關(guān)計(jì)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(jì)算結(jié)果如下所示： 電動(dòng)汽車(chē) 72V/2022W 快速充電器設(shè)計(jì) 12 ? ? WP 0 2 1 34 ???? 依據(jù)現(xiàn)實(shí)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(jì) 控制電路的設(shè)計(jì) 芯片引腳圖如表 41 所示： 表 41 UC3842 引腳功能 序號(hào) 引腳名稱(chēng) 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(jìn)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(gè)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(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。 4 RT/CT 定時(shí)端，鋸齒波振蕩器外接定時(shí)電容 C 和定時(shí)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(lái)驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管的門(mén)極，控制開(kāi)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(guò)定時(shí)電阻 RT 向定時(shí)電容提供充電電流。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 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(chǎng)效應(yīng)管或 者雙極性的功率管都可以被直接驅(qū)動(dòng)。它的長(zhǎng)處在于簡(jiǎn)易的外圍電路、較小的啟動(dòng)電流、數(shù)量較少的管腳、工作頻率 f高達(dá) 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(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 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(cè)定的 INSENSE 取樣電流二者進(jìn)行相互對(duì)比，通過(guò) PWM 鎖存器輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)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(shí)也就是相當(dāng)于增加了一個(gè)過(guò)載保護(hù)裝置，例如發(fā)生電路過(guò)載異常等情形時(shí)，用來(lái)環(huán)路補(bǔ)償?shù)?1 腳電壓會(huì)很快降低進(jìn)而導(dǎo)致 6腳的輸出截止，起到一個(gè)保護(hù)電路的作用。 電動(dòng)汽車(chē) 72V/2022W 快速充電器設(shè)計(jì) 14 反饋電路設(shè)計(jì) 如圖 43 所示，代號(hào) D11 的 TL431 穩(wěn)壓管配合 PC817 光耦作為反饋電路，起到了一個(gè)監(jiān)測(cè)、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(huì)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(jìn)行比較，此時(shí)就會(huì)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(guò)光耦 PC817 來(lái)控制的，這樣形成的環(huán)路補(bǔ)償電路就可以比較輕松地操控著輸出電壓，而一旦這個(gè)環(huán)路出現(xiàn)波動(dòng)幅度較大時(shí)，我們就可以通過(guò)調(diào)節(jié) PC817 光耦和 TL431 這兩個(gè)模塊來(lái)使其穩(wěn)定。 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。 R12 監(jiān)測(cè)的峰值電流大小為 Iipm=1V/R，我們可以選取 充當(dāng) R12 這個(gè)監(jiān)測(cè)電阻。考慮到本次任務(wù)書(shū)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(yùn)行，加上輸入的三相交流電中出現(xiàn)的 120V 大小的反電勢(shì)，對(duì)線(xiàn)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(dá) 100V，這就要求我們的電路設(shè)計(jì)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(shí)情況所需的要求。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)（ 2022) 15 圖 44 UC3842 提供保護(hù)電路 5 充電器電路變壓器的參數(shù)選擇與計(jì)算 高頻變壓器的計(jì)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(xì)的計(jì)算。 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。 變壓器主要參數(shù)的計(jì)算 a. 變壓器輸出功率 ??? 410 i iiIUP （ 51） wIUP i ii 2160410 ?? ?? b. 變壓器計(jì)算功率 ）（ ?11ot ??? PP （ 52） WPP 48 1121 6011ot ??????? ）（）（ ? 其中， ?表示電源的效率 c. 設(shè)計(jì)的輸出能力 jwm4t4 10 ）（ KKfB PA p ??? ?? （ 53） 電動(dòng)汽車(chē) 72V/2022W 快速充電器設(shè)計(jì) 16 其中， AP 是磁芯截面積乘積，單位是 cm4； Pt 是變壓器計(jì)算功率，單位是 W； Bm 是工作磁感應(yīng)強(qiáng)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