電動汽車充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)(編輯修改稿)
2025-07-27 07:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 而提高變換器的運(yùn)行效率。合理布局PCB，減小信號受到的電磁干擾，保證開關(guān)器件準(zhǔn)確的開斷使其穩(wěn)定運(yùn)行而不被燒壞，延長使用壽命。2) 變換器輸入、輸出直流濾波。由于變換器的輸入或輸出電流是斷續(xù)的脈沖電流，而光伏電池的輸出電流為連續(xù)值，為了增加光伏電池的利用率，需設(shè)置輸入濾波器；為了達(dá)到恒壓充電的目標(biāo)，在輸出端也需設(shè)置濾波器。設(shè)計(jì)合適的濾波器使輸入、輸出電流波動幅度小于5%，同時(shí)使濾波電容和電感的功耗也盡量小。3) 變換器輸出電流、電壓檢測。變換器的輸出電流、電壓是判斷電池組的剩余容量的標(biāo)準(zhǔn)。設(shè)計(jì)準(zhǔn)確的檢測電路，使檢測值的誤差小于5%，并用高精度的電壓、電流表校正。 BOOST電路的改進(jìn)基本的BOOST變換器由開關(guān)器件K儲能電感L二極管D旁路電容C1及輸出濾波電容C2組成，如圖5所示。當(dāng)開關(guān)器件導(dǎo)通，二極管反向截止，電源向儲能電感L1充電，圖5 BOOST變換器電路結(jié)構(gòu)流過電感L1的電流增加，電容C2儲存的能量向負(fù)載供電。當(dāng)開關(guān)器件斷開時(shí)，電感L1中儲存的能量經(jīng)二極管向負(fù)載供電，并同時(shí)向電容C2充電，電感L1中能量減少，其電流也減小。穩(wěn)態(tài)時(shí)，若儲能電感L1足夠大，則輸入電流Iin變化很小，可視為恒定值；若輸出濾波電容C2足夠大，則輸出電壓UO和輸出電流IO的變化也很小，也可視為恒定值。本設(shè)計(jì)中，負(fù)載為磷酸鐵鋰電池組，其內(nèi)阻很小，只有幾十毫歐。若直接將圖3所示的BOOST變換器的負(fù)載電阻RL改為磷酸鐵鋰電池組，則輸送到電池組中的電流，在Saber仿真軟件中的仿真結(jié)果為圖6中的點(diǎn)畫線所示，其脈動幅值很大，濾波電容C2沒有起到濾波的作用。圖6 BOOST電路改進(jìn)前后輸出電流的波形從圖6可知，變換器最終輸出的充電電流不僅有很大的尖峰電流，而且還有反向放電的時(shí)刻，這對于電池組的使用壽命和輸出電流的檢測都是不利的。本文對其進(jìn)行了簡單的改進(jìn)，在電池濾波電容C2的后面再串聯(lián)一個電感值較小的平波電感L2，來濾除輸出電流的尖峰。圖 7 改進(jìn)后的BOOST變換電路改進(jìn)后的電路如圖7所示，電阻RO為濾波電感L2和電池組的內(nèi)阻之和。經(jīng)Saber軟件仿真，改進(jìn)后的充電電流如圖6中的實(shí)線所示，其波動幅度較小，近似為直線。 主電路開關(guān)器件的參數(shù)設(shè)計(jì)及選型為了提高主電路的開關(guān)頻率，減小濾波電感的體積，提高整體的效率，本文選擇功率MOSFET作為主開關(guān)器件。變換器的最大輸出功率Pmax為150W，最大輸入電壓Uinmax為40V，最大輸出電壓Uomax為60V，額定工作時(shí)輸入電壓為35V，留一定裕量取MOSFET的額定電壓為100V，流過MOSFET的電流有效值為： ()為了提高變換器的轉(zhuǎn)換效率，降低MOSFET的功耗和利于其散熱，使逆變器額定工作時(shí)MOSFET的功耗小于1W。由于MOSFET開通和關(guān)斷速度快，設(shè)開關(guān)損耗等于導(dǎo)通損耗，則其導(dǎo)通電阻： MOSFET驅(qū)動和緩沖電路設(shè)計(jì)MOSFET柵極驅(qū)動采用IR2102芯片，其內(nèi)部有自舉電路，柵極驅(qū)動電壓范圍寬（10～20V），施密特邏輯輸入，低電平有效，可有效防止干擾，最高工作頻率40kHz。由于線路中漏感的存在，主開關(guān)管Q關(guān)斷時(shí)，漏感和主開關(guān)管的結(jié)電容會在開關(guān)管上引起很高的電壓尖峰，惡劣情況下會擊穿開關(guān)管。為此，本文采用的RCD箝位式緩沖電路結(jié)構(gòu)如圖9主電路中DRC3所示。緩沖電路中箝位二極管選用FR306，箝位電容C3選用100V/100nF的無感電容，功率電阻R1用10Ω/2W。圖8 MOSFET增加緩沖電路前后漏源極電壓圖8為系統(tǒng)滿載工作時(shí)MOSFET漏源極電壓Vds波形，其中點(diǎn)畫線為未加緩沖電路時(shí)的波形，其尖峰達(dá)到100V，實(shí)線為加了緩沖電路后的波形，其尖峰明顯減小。 儲能電感的參數(shù)設(shè)計(jì)由BOOST變換器的工作原理知，當(dāng)儲能電感電流連續(xù)時(shí)，其升壓比為1/(1D)，若儲能電感電流斷續(xù)，BOOST電路的升壓比即失去控制，為了保證光伏電池的輸出功率只有額定功率的10%，且電池組接近充滿的情況下，變換器能夠正常工作，儲能電感值需滿足： ()經(jīng)計(jì)算。選用鐵氧體磁芯繞制，其在80~100℃、25~200kHz下有最小損耗，相對磁導(dǎo)率高，它的有效磁導(dǎo)率可根據(jù)空氣隙長度靈活改變。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，、繞線為AWG18，，繞制匝數(shù)為53匝，，℃。 主電路仿真驗(yàn)證為了使仿真結(jié)果更接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)其定義在Saber Sketch中為模型建立符號，并用前述各參數(shù)建立了如圖9所示的Saber仿真系統(tǒng)。輸出電流io的仿真結(jié)果如圖10所示，滿足設(shè)計(jì)要求。圖9 輸出濾波器參數(shù)優(yōu)化仿真模型圖10 用最優(yōu)參數(shù)濾波之后的輸出電流 電源設(shè)計(jì)控制電路的供電電源是保證光伏電池充電裝置穩(wěn)定、安全工作的前提。為此，設(shè)計(jì)了一個輸入電壓在+40V~+60V之間、輸出電壓為
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