【文章內(nèi)容簡介】 的二倍。為最大脈動(dòng)電流，當(dāng)輸出電感為1200時(shí)，約為3A設(shè)計(jì)電壓紋波為1%一下，所以，將相關(guān)數(shù)據(jù)帶入到（214）式計(jì)算可得，.而實(shí)際上由于影響輸出電壓脈動(dòng)的主要原因不是開關(guān)頻率造成的脈動(dòng)，而是有三相不控整流后輸入電壓的300Hz文波造成的，實(shí)際中電容采取了由兩個(gè)電解電容串聯(lián)的形式，即輸出濾波電容取值為[9]。 隔直電容的選取對(duì)于全橋電路來講，在變壓器原邊串聯(lián)隔直電容是為了解決磁通不平衡造成的危害。磁通不平衡是由于變壓器初級(jí)的伏秒數(shù)在兩個(gè)1/2周期內(nèi)不平衡造成的，當(dāng)磁芯的磁通逐步遠(yuǎn)離磁化曲線原點(diǎn)時(shí)，變壓器會(huì)進(jìn)入飽和狀態(tài)，使之無法承受電壓，造成開關(guān)管損壞。加入隔直電容后可以防止變壓器直流偏磁，使其工作在磁滯回線原點(diǎn)附近。在實(shí)際中為了使隔直電容能夠線性充電可用下式計(jì)算： (215)，原副邊匝比為1：為了使耦合電容器充電線性，必須很好的選定諧振頻率，一般按下式選定則帶入計(jì)算可得： (216)此外為防止電容在充電過程中產(chǎn)生過高的EMI和提高輸出功率應(yīng)使電容上的峰值電壓為：電容上的電壓較大，重新選擇隔直電容為則電容上的電壓值 (217)[9]。 輸出整流二極管本設(shè)計(jì)中輸出電流連續(xù)，輸出波形為三角波，其平均值為 ，有效值為,二極管承受的反向最大耐壓為591V考慮二極管反向恢復(fù)特性應(yīng)選用耐壓為1200V等級(jí)。 本章小結(jié)本章的主要工作是主電路拓?fù)涞倪x擇和主電路詳細(xì)參數(shù)的計(jì)算。通過比較幾種不同的拓?fù)溥x出了適合本設(shè)計(jì)的全橋變換器。選擇好拓?fù)漕愋秃?，文章第二?jié)設(shè)計(jì)了符合題目要有的并帶有特色的充電器主電路。然后根據(jù)題目要求結(jié)合實(shí)際應(yīng)用計(jì)算得出主電路各個(gè)器件的參數(shù)。主電路設(shè)計(jì)基本結(jié)束，接下來下一章主要介紹控制電路的設(shè)計(jì)工作。第3章 控制電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中控制系統(tǒng)主要包括調(diào)節(jié)器電路、保護(hù)電路脈沖發(fā)生電路、驅(qū)動(dòng)電路、檢測電路。圖31所示為系統(tǒng)框圖。圖31系統(tǒng)框圖三相交流電經(jīng)過輸入整流濾波得到直流電，再經(jīng)過高頻變換器得到高頻交流電，經(jīng)過高頻變壓器變壓，在經(jīng)過輸出整流濾波得到鋰電池需要的直流電?？刂齐娐吠ㄟ^電壓電流檢測電路，將采樣電壓電流輸入到雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器。PWM發(fā)生電路將雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器給出的控制量（模擬量）變換成一定頻率的PWM波，供給M57962以驅(qū)動(dòng)IGBT。PWM波發(fā)生電路由SG3525構(gòu)成。 調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)從四十年代自動(dòng)控制的誕生到現(xiàn)在，控制理論已經(jīng)由近點(diǎn)控制理論發(fā)展到現(xiàn)代控制理論、智能控制理論等幾個(gè)大的發(fā)展階段。在經(jīng)典控制理論中，PI控制是最早發(fā)展起來的控制策略之一，它不僅歷史悠久，而且也是生命力最強(qiáng)的控制方式之一。近些年來，盡管控制理論取得了突破性進(jìn)展，誕生了許多新的概念和設(shè)計(jì)方法。但是，與自適應(yīng)控制、模糊控制等現(xiàn)代控制方法相比PI控制仍在工程中廣泛應(yīng)用[10]。PI調(diào)節(jié)器之所以能夠廣泛、持久的得到應(yīng)用是因?yàn)椋海?） PI調(diào)節(jié)器結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì)方法簡單，不需要太多的經(jīng)驗(yàn)知識(shí)，十分適用于工程應(yīng)用；（2） PI調(diào)節(jié)器能夠滿足基本的性能要求，并且PI控制方案并不要求精確的數(shù)學(xué)模型，魯棒性強(qiáng)，即其控制品質(zhì)對(duì)被控對(duì)象的變化不敏感；（3） PI調(diào)節(jié)器是廣大工程技術(shù)人員所熟悉的，便于使用和調(diào)整；（4） PI調(diào)節(jié)器的少許改進(jìn)往往會(huì)獲得明顯的效果。 模擬PI在模擬系統(tǒng)中PI調(diào)節(jié)器是一種線性調(diào)節(jié)器，其原理如圖32圖32 PI調(diào)節(jié)器原理圖帶入，得 (31) (32) (33)令，,得 (34)該調(diào)節(jié)器中比例調(diào)節(jié)器的作用是對(duì)偏差做出瞬間快速反應(yīng)。偏差一旦產(chǎn)生，調(diào)節(jié)器立即產(chǎn)生控制作用使控制量向偏差見效的方向變化，控制作用的強(qiáng)弱取決于比例系數(shù)。只有當(dāng)偏差存在時(shí)，比例調(diào)節(jié)器才有控制量輸出，因此對(duì)于大部分控制對(duì)象，單用比例調(diào)節(jié)器會(huì)產(chǎn)生靜態(tài)誤差。積分調(diào)節(jié)器的作用是把偏差累計(jì)的結(jié)果，做為他的輸出。在調(diào)解過程中，只要偏差存在，積分器的輸出就會(huì)不斷增大，直至偏差為零，輸出才可能維持某一常量，使系統(tǒng)在設(shè)定值不變的條件下趨于穩(wěn)定。因此他能消除系統(tǒng)輸出的靜差，但也會(huì)降低系統(tǒng)的響應(yīng)速度，增加系統(tǒng)的超調(diào)。式35的第二項(xiàng)表明，積分常數(shù)越大，積分的累計(jì)作用越弱，反之積分作用越強(qiáng)。必須根據(jù)控制的具體要求來選定。增加將減慢消除靜差過程，但可減少超調(diào)，提高穩(wěn)定性[11]。本設(shè)計(jì)中的負(fù)載為電池，充電過程中電池可等效為一個(gè)RC串聯(lián)模型，對(duì)于本設(shè)計(jì)中的控制對(duì)象即電池的充電電壓和充電電流主要以穩(wěn)和準(zhǔn)為主，對(duì)快速性能要求不高，對(duì)該類負(fù)載可采用PI調(diào)節(jié)器即以達(dá)到較好的穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)性能。 充電控制策略在本文的設(shè)計(jì)中，采用了兩階段充電的方法，綜合了恒流充電和恒壓充電的優(yōu)點(diǎn)。第一階段首先對(duì)鋰電池以恒流充電方式充電。為了避免產(chǎn)生劇烈的化學(xué)反應(yīng)而影響壽命，結(jié)合需要的充電速度，所以應(yīng)對(duì)充電電流有一定的限制： (35)式中C為鋰電池組的容量為100AH，=30A。充電電流I，充電電壓U，電池的電動(dòng)勢E，整個(gè)充電回路的電阻R之間具有以下關(guān)系： (36)而且回路電阻R一般保持不變，電池反電動(dòng)勢E變化極慢，因而對(duì)于瞬時(shí)值，改變充電電壓U也就改變了充電電流I，若保持電流恒定，隨著充電的繼續(xù)，反電動(dòng)勢不斷升高，充電電壓也需不斷升高。T1時(shí)刻，充電壓升值電池電壓限制值時(shí)，電過程進(jìn)入第二階段，即以固定電壓U進(jìn)行恒壓限流充電。隨著充電進(jìn)行充電電流降低至停止電流時(shí)，電池已基本充滿，這是充電電源制動(dòng)停機(jī)完成整個(gè)充電過程。圖33充電曲線 閉環(huán)控制圖34雙閉環(huán)PI控制方式框圖控制框圖如圖34所示，在在起始充電階段電壓達(dá)不到設(shè)定的恒壓值[10]電壓環(huán)輸出飽和。該階段僅電流環(huán)工作。充電器在電流調(diào)節(jié)器的作用下恒流充電，充電電壓逐漸上升。隨著充電的進(jìn)行，當(dāng)充電電壓達(dá)到設(shè)定的恒壓值時(shí)，電壓外環(huán)調(diào)節(jié)器退出飽和狀態(tài)，此時(shí)雙閉環(huán)起作用，電壓外環(huán)的輸出即為電流內(nèi)環(huán)的輸入，電流將跟隨電壓給定，這樣就完成了從恒流充電到恒壓充電的自動(dòng)轉(zhuǎn)換，并最終實(shí)現(xiàn)恒壓充電。此后過程中充電電流不斷減小，當(dāng)控制器檢測到的充電電流小于設(shè)定的停機(jī)電流就會(huì)發(fā)出關(guān)斷信號(hào)以停機(jī)。本設(shè)計(jì)中的雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器在實(shí)現(xiàn)輸出電壓、電流恒定的同時(shí)還應(yīng)保證系統(tǒng)能夠工作穩(wěn)定并有良好的靜態(tài)響應(yīng)和動(dòng)態(tài)響應(yīng)。調(diào)節(jié)器的具體實(shí)現(xiàn)由模擬電路搭建而成，具體電路如圖35所示圖35閉環(huán)控制電路圖35中為電壓給定信號(hào)，為電流給定信號(hào)。外環(huán)為電壓環(huán)，其中V1是由電壓采集電路得到的與電池電壓成比例的電壓量。電壓外環(huán)的比放大系數(shù)為，積分時(shí)間常數(shù)為，根據(jù)調(diào)節(jié)器的電阻、和電容計(jì)算公式如下： (37) (38)在本設(shè)計(jì)中由于要實(shí)現(xiàn)先恒流再恒壓的充電模式，在充電初始階段電池組虧電的比較嚴(yán)重其電壓較低，電池電壓經(jīng)采集電路進(jìn)入電壓環(huán)，在設(shè)計(jì)時(shí)有意將電壓環(huán)的時(shí)間常數(shù)設(shè)計(jì)的較小，以使得當(dāng)檢測到的電池電壓小于設(shè)定的閥值電壓時(shí)電壓環(huán)保和，輸出限幅值，使得此時(shí)僅電流環(huán)起作用，此時(shí)調(diào)節(jié)圖中電位器RP4即可調(diào)節(jié)輸出電流大小。電流內(nèi)環(huán)的電流反饋量經(jīng)過比例環(huán)節(jié)送入電流PI調(diào)節(jié)器。其中是檢測電路中與充電電流相對(duì)應(yīng)的檢測電流，電流環(huán)的比例放大系數(shù)為，積分時(shí)間常數(shù)為，根據(jù)調(diào)節(jié)器的電阻、和電容計(jì)算得出，公式如下： (39) (310)在設(shè)計(jì)時(shí)將電流環(huán)的時(shí)間常數(shù)設(shè)置的大一些，以使得在橫流階段不易導(dǎo)致電流環(huán)飽和。隨著充電過程的進(jìn)行，當(dāng)電池的電壓達(dá)到所設(shè)定的閥值是，電壓環(huán)將退出飽和，電流環(huán)將跟隨電壓環(huán)的變化最終達(dá)到輸出電壓穩(wěn)定的效果。電壓環(huán)參數(shù)選?。弘娏鳝h(huán)參數(shù)選?。?PWM波發(fā)生電路設(shè)計(jì)本設(shè)計(jì)中的PWM電路是將雙閉環(huán)PI調(diào)節(jié)器給出的控制量變換成對(duì)應(yīng)的頻率一定、脈沖寬度控制量變化的PWM信號(hào)，供給M579262以驅(qū)動(dòng)IGBT。PWM波發(fā)生電路由SG3525構(gòu)成，SG3525為電流控制型芯片，可輸出兩路PWM信號(hào)以驅(qū)動(dòng)全橋中的兩對(duì)對(duì)管，具有200mA的輸出，其中輸出的的兩路PWM信號(hào)之間的死區(qū)可以通過外界電阻電容來調(diào)節(jié)。此外，SG3525內(nèi)部集成了軟啟動(dòng)電路，接入端（引腳8）上通常接一個(gè)軟啟動(dòng)電容。上電過程中，該電容由內(nèi)部5V基準(zhǔn)電壓的恒流源充電，使占空比由小到大變化，SG3525的10引腳用于保護(hù)作用，在電路發(fā)生故障時(shí)可將10引腳電平拉高關(guān)斷輸出PWM信號(hào)。圖36SG3525外圍電路圖在本設(shè)計(jì)中變換器的工作頻率設(shè)定為20KHz，周期為50us，設(shè)定上下橋臂PWM信號(hào)之間死區(qū)為5us，則輸出PWM信號(hào)的最大導(dǎo)通時(shí)間為20us，SG3525輸出的PWM信號(hào)頻率由外接電阻、電容決定，且滿足： (311)其中,為輸出的PWM信號(hào)最大導(dǎo)通時(shí)間此處設(shè)為20us，為兩路PWM信號(hào)之間的死區(qū)時(shí)間此處為5us。選擇本設(shè)計(jì)中SG3525內(nèi)部的誤差放大器接作射極跟隨器接收外部PI的輸出值并將其與內(nèi)部的鋸齒波相比較以產(chǎn)生PWM信號(hào)以實(shí)現(xiàn)恒流或恒壓，10腳(VSHUTDOWN腳)接受保護(hù)電路的信號(hào)以及時(shí)關(guān)斷PWM信號(hào)來保護(hù)主電路器件，8腳接一10UF的電容以實(shí)現(xiàn)軟啟動(dòng)[12]。 驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)在電力電子系統(tǒng)中，設(shè)計(jì)IGBT的驅(qū)動(dòng)電路和保護(hù)電路是應(yīng)用的關(guān)鍵。IGBT柵極驅(qū)動(dòng)電路應(yīng)具備如下基本功能:(1)提供足夠的柵極電壓來開通IGBT并在開通期間保持這個(gè)電壓。(2)在最初開通階段，提供足夠的柵極驅(qū)動(dòng)電流來減少開通損耗和保證IGBT的開通速度。(3)在關(guān)斷期間，提供一個(gè)反向偏置電壓來提高IGBT抗暫態(tài)的能力和抗EMI噪聲的能力并減少關(guān)斷損耗。C4)在IGBT功率電路和控制電路之間提供電氣隔離。對(duì)IGBT逆變器，一般要求的電氣隔離為2500V以上。5)在短路故障發(fā)生時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路會(huì)通過合理的柵極電壓動(dòng)作進(jìn)行IGBT保護(hù)，并發(fā)出故障信號(hào)到控制系統(tǒng)。,R13輸入至M57962的14與13腳。由開關(guān)電源輸出的24VDC給驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)供電，經(jīng)15V穩(wěn)壓二極管D1和電阻R1分別給電解電容C1分壓15V、C2分壓9V。當(dāng)M57962內(nèi)開關(guān)管T1導(dǎo)通、T2關(guān)斷時(shí)，C1通過TR2給IGBT的G、E間加+15V電壓。當(dāng)T1關(guān)斷、T2導(dǎo)通，C2通過TRD8給IGBT的G、E間加9V電壓。由此實(shí)現(xiàn)了僅用單極性電源供電就可為IGBT提供正負(fù)偏壓驅(qū)動(dòng)，簡化了驅(qū)動(dòng)電源。圖37中CC2的主要作用就是提供IGBT柵極驅(qū)動(dòng)所需圖37M57962應(yīng)用電路的高脈沖電流，對(duì)于絕大部分的電路，電容器的容量為47uf即可。此外M57962