【正文】 取樣的目的是使基準(zhǔn)電流與整流后的電壓波形同相，電流誤差放大器 CA 的輸出直接加到 PWM 比較器的同相輸入端， PWM 比較器的反相輸入端接到鋸齒波信號(hào)發(fā)生器的輸出端，這樣電流誤差放大器 CA 的輸出可直接控制 PWM 比較器的占空比。 如圖 Boost 型平均電流控制法 PFC 電路控制原理圖。而根據(jù)電流控制方式的不同，有源 PFC 電路可以分為峰值電流型、電流滯環(huán)控制型和平均電流型。 Di LSC f RLdL fU inU o+Di LSC f RLdL fU inU o+( a ) ( b ) 圖 不同開關(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。本方案采用的是電感電流連續(xù)工作方式。 Boost 變換器的電感 fL 在輸入側(cè)，一般稱之為升壓電感。在連續(xù)模式時(shí)采用兩個(gè)控制環(huán)，電壓環(huán)是外環(huán)，采樣輸出電壓，保持輸出電壓恒定；電流環(huán)是內(nèi)環(huán)，采樣電感電流，迫使電感電流跟蹤電流給定，減小輸入電流諧波。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?？刂撇糠滞ㄟ^對(duì)蓄電池端電壓、電流信號(hào)的采集反饋 , 由 SG3525產(chǎn)生雙路 PWM波控制半橋拓?fù)渲?MOSFET管的通斷時(shí)間來控制充電電流和電壓。其中 PFC控制電路主要由 MOSFET 管、 Boost 升壓電感、控制芯片 ICE2PCS01 以及直流濾波電容組成。 工作頻率固定，電流不連續(xù)。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。 。 APFC 電路中電感上的電流，當(dāng)電感電流達(dá)到一定值時(shí)，開關(guān)管開始導(dǎo)通；電感電流下降到一定值時(shí)，開關(guān)管陡然截止，它的 控制方式是利用工作頻率改變來控制開關(guān)管的導(dǎo)通和截止。 下面就假設(shè)工作模式為 CCM，來介紹一下三種方法的特點(diǎn)： ，采用恒定的開關(guān)電源工作頻率，只有穩(wěn)定的工作頻率才能有效地、快速地檢測(cè)出峰值電流，并將這一電流 “ 削尖 ” 、均化來控制開關(guān)管，對(duì)PWM 進(jìn)行調(diào)節(jié)，使輸入電流波形與輸入電壓保持同步，從而提高功率因數(shù)。 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。 APFC 技術(shù)的思路是，控制已整流后的電流， 使之在對(duì)濾波大電容充電之前能與整流后的電壓波形相同， 從而避免形成電流脈沖，減小輸入電流諧波 ,達(dá)到改善功率因數(shù)的目的。由于該方案中應(yīng)用了有源器件，故稱為有源功率因數(shù)校正（ APFC）。雖然無源功率因素校正電路得到的功率因數(shù)不如有源功率因素校正電路高，但仍然可以使功率因素提高到 ~，因而在小功率電源中被廣泛采用。 功率因數(shù)矯正電路分為有源和無源兩類。 由公式（ ）可知，要提高功率因數(shù)有兩個(gè)途徑，即使輸入電壓，輸入電流同相位；使輸入電流正弦化。 (3)加權(quán)平均功率因數(shù)：是指在一定時(shí)間段內(nèi)功率因數(shù)的平均值。 (2)瞬時(shí)功率因數(shù)：是指在某一瞬間由功率因數(shù)表讀 出的功率因數(shù)。 (1)自然功率因數(shù)：是指用電設(shè)備沒有安裝無功補(bǔ)償設(shè)備時(shí)的功率因數(shù)，或者說用電設(shè)備本身所具有的功率因數(shù)。功率因數(shù)是反映電力用戶用電設(shè)備合理使用狀況、電能利用程度和用電管理水平的一項(xiàng)重要指標(biāo)。 電力負(fù)荷如電動(dòng)機(jī)、變壓器等，屬于既有電阻又有電感的電感性負(fù)載。 ?COS 越小，則設(shè)備 的無功功率越大，設(shè)備利用率越低，導(dǎo)線和變壓器繞組的損耗越大； ? 越小，表示設(shè)備輸入電流諧波分量越大，將造成電流波形畸變，對(duì)電網(wǎng)造成污染，使功率因數(shù)降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成電子設(shè)備損壞。 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)。使動(dòng)力蓄電池工作在較理想的工況下，延長(zhǎng)其使用壽命，提高充電效率，同時(shí)不產(chǎn)生有害氣體，實(shí)現(xiàn)真正意義上的清潔高效。 10%；功率因數(shù)： ? ；效率： ? ；最大充電電流： 40A；最大輸出功率： 。 針對(duì)電動(dòng)汽車鉛酸動(dòng)力電池，設(shè)計(jì)大功率充電系統(tǒng)。 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。 進(jìn)入 20 世紀(jì) 80 年代后，電力電子設(shè)備中開關(guān)電源、相控整流器等非線性負(fù)載的大量投入使用，給功率因數(shù)校正技術(shù)提出了新的問題，同時(shí)也給出了新的發(fā)展契機(jī)。為減少諧波對(duì)交流電網(wǎng)的污染，必須對(duì)電源產(chǎn)品如充電器、 UPS、高頻開關(guān)整流電源等的輸入電路進(jìn)行功率因數(shù)校正，以最大限度的減少諧波電流。 為限制電流波形畸變和諧波，使電磁環(huán)境更加干凈，國內(nèi)外都制定了限制電流諧波的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，如 IEC5552， IEEC519 等。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。這些設(shè)備的內(nèi)部需要一個(gè)將市電轉(zhuǎn)化為直流的電源部分。 總之，新興 的快速智能充電方法的應(yīng)用，充分發(fā)掘了蓄電池固有的可接受充電電流的潛能，使得充電時(shí)間大為縮短，充電效率成倍提高，提高了設(shè)備的利用率，同時(shí)提高了蓄電池的使用壽命，節(jié)省了電能，為各種充電器充電效能的提高奠定了基礎(chǔ)。 近年來開始有人采用一些更加新穎的充電方法，例如模糊控制充電法。對(duì)于鉛酸蓄電池來講，其中的分級(jí)定流充電法已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。這些充電方法，一方面控制電路簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)起來比較容易；另一方面充電時(shí)間比較長(zhǎng)，充電方法過于單一，控制不當(dāng)會(huì)對(duì)蓄電池本身造成損害，以致影響蓄電池的使用壽命。由于調(diào)整管上損耗功率比較大，所以需要采用大功率調(diào)整管并且需要裝配體積很大的散熱器。線性電源是另一種常見的電源，它是通過串聯(lián)調(diào)整管可以進(jìn)行連續(xù)控制的線性穩(wěn)壓電源。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，并且該類電源動(dòng)態(tài)響應(yīng)差、可靠性能低。 目前，常用的充電電源主要有以下三種 :相控電源、線性電源、開關(guān)電源。 (3)全集成化的充電電源。 (2) 追求高的性能指標(biāo)。無論在哪一方面的應(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。 電動(dòng)汽車充電技術(shù)發(fā)展概況 蓄電池作為一種儲(chǔ)能設(shè)備，具有電壓穩(wěn)定、供電可靠、移動(dòng)方便等優(yōu)點(diǎn)，它廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)部門。 目前純電動(dòng)汽車正處在產(chǎn)品技術(shù)研 發(fā)末期和大規(guī)模示范運(yùn)行及產(chǎn)業(yè)化的初期，在技術(shù)上、運(yùn)行經(jīng)濟(jì)上、基礎(chǔ)設(shè)施上還存在產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的瓶頸，需要政府相關(guān)政策的支持。同時(shí)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、政策也在緊鑼密鼓出臺(tái)中。純電動(dòng)汽車的發(fā)展離不開充電設(shè)施的建設(shè)，目前，充電站建設(shè)的落后和車載充電器的效果不佳成為制約純電動(dòng)汽車發(fā)展的瓶頸之一。 在國內(nèi) ，純電動(dòng)汽車的自主研發(fā)不斷取得突破，使我國在電動(dòng)汽車領(lǐng)域初步構(gòu)建起自主的知識(shí)產(chǎn)權(quán)技術(shù)體系，有望為中國汽車工業(yè)開拓新的增長(zhǎng)點(diǎn)。在日本，純電動(dòng)汽車與智能交通系統(tǒng)的組合已成為目前電動(dòng)汽車技術(shù)水平下使用和商業(yè)化的新途 3 徑。 目前，美國國家實(shí)驗(yàn)室正投入巨資進(jìn)行純電動(dòng)汽車的先進(jìn)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、先進(jìn)電池及其管理系統(tǒng)等的深入研究。低能耗、零排放的純電動(dòng)汽車必將大規(guī)模普及，具有巨大的市場(chǎng)發(fā)展空間。隨著石油資源的緊張和電池技術(shù)的發(fā)展，純電動(dòng)汽車在性能和經(jīng)濟(jì)性方面已逐步接近傳統(tǒng)燃油汽車并開始在世界范圍內(nèi)得到使用。按照目前技術(shù)的發(fā)展方向和車輛驅(qū)動(dòng)的原理，可分為純電動(dòng)汽車（ PEV），燃料電池汽車（ FCEV），混 合動(dòng)力車（ HEV）三類。隨著能源、環(huán)境和交通問題的日益凸顯，電動(dòng)汽車的概念又逐漸回到人們的視線當(dāng)中。 電動(dòng)汽 車概況 電動(dòng)汽車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，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)來改善內(nèi)燃機(jī)車輛加速性能的專利。 電動(dòng)車的推廣使用已經(jīng)在全球范圍內(nèi)展開，但制約電動(dòng)車發(fā)展的一個(gè)最困難也最重要的問題就是電動(dòng)車用鉛酸蓄電池的壽命問題，而影響電動(dòng)車用鉛酸蓄電池壽命的一個(gè)關(guān)鍵因素卻是充電技術(shù)。 電動(dòng)汽車作為 21 世紀(jì)清潔、高效和可持續(xù)發(fā)展的交通工具，目前大規(guī)模應(yīng)用的主要問題是初始成本高和續(xù)駛里程不理想，制約其發(fā)展的主要因素之一是當(dāng)前電動(dòng) 汽車充電效果不好，主要問題是充電時(shí)間長(zhǎng)，充電效率低和充不滿，同時(shí)充電控制方法的選擇不當(dāng)，使多數(shù)充電器與蓄電池不匹配。在自主創(chuàng)新過程中，我們堅(jiān)持以政府支持、核心技術(shù)、關(guān)鍵部 件和系統(tǒng)集成為重點(diǎn)的原則，確立了以混合電動(dòng)汽車、純電動(dòng)汽車、燃料電池為“三縱”，以整車控制系統(tǒng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力蓄電池、為“三橫”的研發(fā)局面，通過產(chǎn)學(xué)研緊密合作的方式，研發(fā)中國自己的電動(dòng)汽車。 2 “九五”期間，電動(dòng)汽車被列入國家重大科技產(chǎn)業(yè)工程。 我國電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)的研究以及產(chǎn)業(yè)鏈的形成緊隨其他發(fā)達(dá)國家之后。與此同時(shí)，眾多國家在電動(dòng)汽車科技創(chuàng)新 方面也投入巨資，力爭(zhēng)搶占電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)。電動(dòng)汽車在環(huán)保、能源等方面的巨大優(yōu)勢(shì)，取代傳統(tǒng)的燃油汽車已成為一種必然趨勢(shì)，被譽(yù)為“未來汽車”。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)車的研發(fā)工作。 70 年代，以美國、日本為代表的汽車工業(yè)較發(fā)達(dá)的國家開始了曾經(jīng)停頓多年的電動(dòng)車技術(shù)的研究工作。充電系統(tǒng)根據(jù)電池的狀態(tài)確定充電工藝參數(shù)，使充電電流自始至終處于電池的可接受充電電流曲線附近，使電池幾乎在無氣體析出的條件下充電，做到既節(jié)約用電又對(duì)電池?zé)o損害。在其他方面，由于充電方法不正確，鉛酸蓄電池也很難達(dá)到規(guī)定的循環(huán)壽命。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。一方面，傳統(tǒng)的充電方法正常充電時(shí)，以 10h 或 20h 率電流進(jìn)行充電。鉛酸蓄電池因其可循環(huán)再充電的特性，以及成本低廉、使用安全、無污染等優(yōu)點(diǎn)。另一方面更為嚴(yán)重的是燃燒這些汽油所產(chǎn)生的溫室氣體和有害氣體對(duì)大氣層的破壞及對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響也是十分可怕的。目前全世界行駛的各種汽車總數(shù)量為 億，據(jù)德國市場(chǎng)研究所預(yù)計(jì)，在未來的 8 年里世界汽車數(shù)量將比現(xiàn)在增加 16%。 關(guān)鍵詞 : 電動(dòng)汽車； BOOST 變換； APFC 校正；半橋變換 II Design of Battery Charging System for Electric Vehicle Abstract High power switch source converter technique that is applied to intelligent charger is presented in this paper to meet the requirement of fast and scathe less charging for the auto mobile storage batteries. As the need of charging, the total scheme of quick charging system for electric vehicle is given, and the selection of topology configuration of high power charger, the design of control circuit and protection circuit are introduced in detail Experimental results prove tha