【正文】 OT1,POT2 VR1 到 VR5 5 二極管 D1 ， 6 三極管 TO18,TO22,TO3 7 整流橋 BRIDGE1,BRIDGE2 D44,D37,D46 8 瓷片電容 9 電解電容 10 發(fā)光二極管 11 集成塊 DIP8DIP40 12 電源穩(wěn)壓塊 TO126H 和 TO126V PCB電路板的設(shè)計(jì) PCB 的電路板設(shè)計(jì)按如下的順序依次進(jìn)行： A. 首先從已經(jīng)畫好的 SCH 電路原理圖中了解需要的是哪些元器件的元件庫(kù)及其封裝，并結(jié)合本次使用的 Altium Designer 10 軟件本身自帶的元器件庫(kù)及其封裝，經(jīng)過(guò)一番仔細(xì)盤查之后，發(fā)現(xiàn)有一些元器件的封裝很難找到，這就需要我們親自動(dòng)手根據(jù)所需元件的規(guī)格大 小型號(hào)仔細(xì)制作，并加以保存安裝到庫(kù)里。 100% UUU UDDSM I NORORM A X ?? （ 54） % UUU UD DSM I NOR ORM A X ??? 變壓器的二次側(cè)匝數(shù) N2 的計(jì)算過(guò)程如下 : OinUUn? （ 56） ?? OinUUn 匝 nNN 12? （ 57） ?? nNN 匝 所以變壓器的二次側(cè)的繞組匝數(shù)可以選擇 6 匝。（其中 Bm 為 ； Kj 為 468； Kw 為 ） 4 1 . 1 6 234 8 6 0 1 0( ) 1 4 .1 8 ( )4 0 .2 6 6 1 0 0 .2 4 6 8pA c m???? ? ? ? ? 根據(jù)式（ 53）的計(jì)算結(jié)果可知 EE65 型磁芯的參數(shù)和尺寸最符合這次設(shè)計(jì)要求的目的。 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?？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(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。 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。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。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。 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)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(chǎng)效應(yīng)管或 者雙極性的功率管都可以被直接驅(qū)動(dòng)。 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） 。 5 GROUND 接地。此外，當(dāng)電源電壓異常時(shí)，功率開關(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)了功率開關(guān)管。 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。 WCR / ?? 。 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 。 通風(fēng)與散熱裝置的設(shè)計(jì) 電動(dòng)汽車快速充電器在長(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。 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)。 保險(xiǎn)管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是由三個(gè)模塊組成。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。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。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，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。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?。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。 輸出高頻整流電路 在 我們學(xué)過(guò)的開關(guān)電源的整流電路中，也曾了解過(guò)許多現(xiàn)代的整流電路，比如普通整流電路、倍流整流電路、異步整流電路、低壓大電流高頻整流電路以及同步整流電路等相關(guān)電路，相比較過(guò)去時(shí)代的整流電路而言，現(xiàn)今這些整流電路鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（ 2022) 9 的輸出頻率著實(shí)提高了不少，更加符合現(xiàn)在專業(yè)領(lǐng)域的要求。 圖 34 開關(guān)電源輸出回路的 EMI 濾波器 開關(guān)電源輸出回路的 EMI 濾波器如圖 34 所示，線圈 L1 和 L2 組成的共模扼流圈加上 C C2 兩個(gè)電容以及扼流圈 L3，這些電子元器件一起構(gòu)成了輸出回路的 EMI 濾波器。圖中電容 C6 的功能是負(fù)責(zé)把經(jīng)過(guò)橋式整流器變換得到的脈沖電流轉(zhuǎn)化成波動(dòng)范圍偏小、輸出波形更加穩(wěn)定平滑的直流電壓。交流輸入電壓的一個(gè)完整周期是有正半周期和負(fù)半周期一起組成的，在正半周期內(nèi)，二極管 D1 和 D3 導(dǎo)通、 D2 和 D4 截止；相反，在交流輸入電壓的負(fù)半周期內(nèi)，二極管 D1 和 D3 截止、 D2 和 D4 導(dǎo)通。 假使共模電感上有分支電流從電流 I1 中流出來(lái)經(jīng)過(guò) L 的話，那么濾波器中上下兩個(gè)繞組的的磁場(chǎng)會(huì)鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（ 2022) 7 因?yàn)殡娏魍蚨蛊湓谕嗌匣ハ喁B加，這時(shí)總電感迅速增大產(chǎn)生很大的感抗，從而能夠消除共模干擾帶來(lái)的影響。 EMI 濾波器屬于一種雙向?yàn)V波器，其共模電感 L 又叫共模扼流圈，它是在同一個(gè)磁環(huán)的上下兩個(gè)半環(huán)上，都繞制了相同圈數(shù)但在環(huán)繞的方向上完全相反的線圈。 L1 稱為共模電感。 輸入濾波器設(shè)計(jì) A C 輸 入濾 波 輸 出接 地C x 10 . 1 u FL 18 m HC x 20 . 1 u FC y 12 2 0 0 p FC y 22 2 0 0 p F 圖 31 輸入的 EMI 濾波器的基本電路 輸入的 EMI 濾波器如圖 31 所示。 輸入整流濾波電路的設(shè)計(jì) 存在著系統(tǒng)就會(huì)有干擾信號(hào)的產(chǎn)生，而在這次設(shè)計(jì)的電路系統(tǒng)里面共模信號(hào)與差模信號(hào)的存在就是這干擾信號(hào)的來(lái)源，二者相形比較之下，差模干擾對(duì)于主電路的影響還算是比較輕微的，可以忽略不計(jì)，相反 的是，共模信號(hào)對(duì)整個(gè)電路的沖擊倒是不小，為此，我們需要找到一個(gè)合適的濾波器來(lái)使共模信號(hào)的干擾盡可能地最小化，而 EMI 濾波器正是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，把它加在原理電路圖的輸入與輸出之間接能夠達(dá)到我們所需的減輕共模信號(hào)干擾的目的。關(guān)于對(duì)應(yīng)模塊的設(shè)計(jì)思路方法都會(huì)在下面的文字中一一詳細(xì)地介紹。從下圖中可以大致了解整個(gè)內(nèi)部流程機(jī)制的走向，從交流輸入到輸出整流，再由反饋控制電路起到一個(gè)橋梁的作用，整體的效果結(jié)構(gòu)還是比較緊湊的。從整個(gè)電路的情況來(lái)看的話，變壓器 T1 在該電路中發(fā)揮了儲(chǔ)蓄能量的作用。單端反激式原理圖如圖 24 所示，在 MOSFET功率管 Q1 正向?qū)ǖ那闆r下，電路中 T1 變壓器的一次側(cè)的繞組上擁有的電能將會(huì)有所提升，于是乎， T1 的二次側(cè)繞組由于整流二極管 VD 的反向偏置迫使它根本接受不到傳輸過(guò)來(lái)的能量。 UC3842 集成芯片就是屬于電流型模式的 PWM 控制器的那種類型，相對(duì)于過(guò)去的電壓型模式結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源控制電路來(lái)說(shuō)，輸出的系統(tǒng)是電流電壓雙閉環(huán)的系統(tǒng)，不僅能夠監(jiān)測(cè)電流的開關(guān)管連同著其中的一個(gè)內(nèi)環(huán)，并且還能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控輸出的電壓大小情況，然而以前的電壓型模式一方面本身線性調(diào)節(jié)精度還是比較低的，再者緩慢的系統(tǒng)響應(yīng)也很是令人值得去商榷一下的。綜上所述，我更偏向使用方案三。 方案三的單端反激式電路相對(duì) 于其他兩個(gè)方案來(lái)說(shuō)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積較小。對(duì)于電動(dòng)汽車快速充電器而言，不是最佳選擇。電壓、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中的一個(gè)重要分支那便就是電流型模式的 PWM 控制系統(tǒng)，精度高并且電壓穩(wěn)定，既可以實(shí)時(shí)監(jiān)控開關(guān)管的內(nèi)部電流，又可以控制電壓外環(huán)，因此它的應(yīng)用是相當(dāng)?shù)钠毡椤?dòng)電路、整流電路、反饋電路以及過(guò)流過(guò)壓欠壓保護(hù)電路構(gòu)成了主要的功能模塊。三相整流濾波電路、 ZVZCS PWM 全橋變換器、隔離驅(qū)動(dòng)電路、 SG3525 集成芯片以及輸出電壓電流反饋電路等相關(guān)模塊構(gòu)成了這個(gè)電路體系，詳細(xì)如圖 22 基于全橋變換電路的充電器原理框圖所示。 2 方案設(shè)計(jì)與論證 方案一：基于高頻逆變橋的電動(dòng)汽車快速充電器設(shè)計(jì) 這個(gè)電動(dòng)汽車快速充電器的設(shè)計(jì)通過(guò)高頻開關(guān)電路來(lái)使充電器的重量和體積上面得到相應(yīng)的減少，避免了一般模式下取決于濾波電容、濾波電感和變壓器規(guī)格的大小來(lái)決定的情況，操作相對(duì)比較簡(jiǎn)單。 3)技術(shù)要求： (1) 輸入電壓和頻率見表 11 表 11 輸入電壓和頻率的要求 (2)負(fù)載要求見表 12 表 12 負(fù)載的要求 (3) 工作效率 輸出效率： η ≥ 80% 。對(duì)此，電動(dòng)汽車及其快速充電器的研究已經(jīng)是亟不可待了。這極大地刺激著一批優(yōu)秀人才努力鉆研電動(dòng)汽車新技術(shù)的熱情，而與電動(dòng)汽車直接掛鉤的電動(dòng)汽車快速充電器的研究更是息息相關(guān)，也是急需投入大量資金技術(shù)來(lái)生存發(fā)展。當(dāng)前想要大規(guī)模地生產(chǎn)銷售電動(dòng)汽車還不具有那樣的發(fā)展條件，甚至未來(lái)幾年或者幾十年都存在著一些不確定因素，必須要進(jìn)一步地研 究新型技術(shù)才能使其變?yōu)槠毡榈慕煌üぞ摺? 為了能夠高質(zhì)量地完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，這就需要我們發(fā)散思維、實(shí)踐調(diào)查有關(guān)方面的知識(shí)內(nèi)容 ，并且對(duì)我們電力電子技術(shù)方面上的知識(shí)能夠得到加強(qiáng)鞏固，提高自己在搜集相關(guān)科學(xué)資料、整理編排有關(guān)電氣知識(shí)、大膽提出方案想法、了解國(guó)內(nèi)外相關(guān)行業(yè)發(fā)展動(dòng)態(tài)的能力 ,積極調(diào)動(dòng)起我們大學(xué)幾年來(lái)所學(xué)的相關(guān)知識(shí)。電動(dòng)汽車具備零污染，噪音低，效率高，節(jié)能等長(zhǎng)處，所以格外受到列國(guó)的眷注。 電動(dòng)汽車快速充電器設(shè)計(jì)的目的和意義 由于汽車行業(yè)的快 速發(fā)展和人們對(duì)交通工具的依賴需求，全球汽車的數(shù)量在持續(xù)地增加，與此同時(shí)帶動(dòng)了其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的增長(zhǎng)。 UC3842 chip with pulse width modulation 鹽城工學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書（ 2022) 目 錄 1 概 述 ............................................................. 1 電動(dòng)汽車快速充電器設(shè)計(jì)的目的和意義 ............................ 1 電動(dòng)汽車快速充電器設(shè)計(jì)的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景 .................... 1 主要設(shè)計(jì)任務(wù)與預(yù)期成果 ........................................ 2 2 方案設(shè)計(jì)與論證 ..................................................... 2 方案一：基于高頻逆變橋的電動(dòng)汽車快速充電器設(shè)計(jì) ................ 2 方案二：基于全橋變換電路的電動(dòng)汽車