【正文】 構(gòu)的選擇, 進(jìn)行了并具體介紹了控制電路及保護(hù)電路的設(shè)計(jì)。文章所研究的充電系統(tǒng)為新型電動(dòng)汽車提供了一種可靠有效的充電設(shè)備, 具有很強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值。同時(shí)整個(gè)系統(tǒng)還增加了多種保護(hù)電路措施，安全性符合車用設(shè)備的通用規(guī)范，具有很強(qiáng)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。汽車作為正逐步走進(jìn)人們消費(fèi)能力范圍的商品，將隨著人口數(shù)量的大幅度增加而增加。假設(shè)這些汽車仍然采用現(xiàn)有的依靠燃燒汽油的方式獲得動(dòng)力，那么消耗的汽油量將是一個(gè)十分驚人的數(shù)據(jù)。目前，大多數(shù)電機(jī)車使用的電源都是鉛酸蓄電池組。相應(yīng)的，蓄電池的充電技術(shù)也引起了普遍地關(guān)注。這時(shí)需要時(shí)間一般為10多個(gè)小時(shí)，甚至20多個(gè)小時(shí)，充電時(shí)間長，而且使用不便。國內(nèi)外多年來的實(shí)踐證明，鉛酸蓄電池浮充電壓偏差5%，電池的浮充壽命將減少一半。智能充電是使實(shí)際充電電流能夠動(dòng)態(tài)地跟蹤電池可接受的充電電流。在這樣的背景下，各國政府都投入了大量的人力物力來研制和開發(fā)清潔、環(huán)保的電動(dòng)汽車。如美國的“新一代汽車合作伙伴”項(xiàng)目(partnership for a New Generation of VehiclesPNGV)，日本新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織(New Energy and Industrial Technology Development OrganizationNEDO)協(xié)調(diào)所謂的“先進(jìn)清潔燃料汽車計(jì)劃”等。經(jīng)過科研工作者的努力，大量的新技術(shù)成果得到應(yīng)用。90年代，電動(dòng)汽車的研發(fā)及產(chǎn)品化便成為世界主要汽車生產(chǎn)廠商的技術(shù)競爭重點(diǎn)。通過20多年的努力，各國在電動(dòng)汽車關(guān)鍵技術(shù)方面取得不少的突破，電動(dòng)汽車也正朝著產(chǎn)業(yè)化方向發(fā)展。隨著汽車走進(jìn)千家萬戶成為我們生活中的必需工具，我國汽車的保有量也在逐年攀升，形成了以紅旗、奇瑞、中華等一大批國產(chǎn)品牌汽車為主的一股不可忽視的力量。“十五”、“十一五”期間電動(dòng)汽車列入國家863計(jì)劃。通過自主品牌的研發(fā)，我國也涌現(xiàn)出了一大批高新技術(shù)成果，這些都極大的促進(jìn)了民族汽車工業(yè)的產(chǎn)業(yè)升級，縮小了我國汽車工業(yè)發(fā)展水平與發(fā)達(dá)國家之間的差距，實(shí)現(xiàn)了汽車工業(yè)的跨越式發(fā)展 。因此通過開發(fā)與動(dòng)力電池特性相配套的快速充電器，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地方便快速的對動(dòng)力電池進(jìn)行充電，能夠有效延長電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，更有利于電動(dòng)汽車的推廣。因此，鉛酸蓄電池的充電技術(shù)將對電動(dòng)車的快速發(fā)展起到關(guān)鍵性的作用。但是后來由于汽車用的發(fā)動(dòng)機(jī)性能大大提高，這一提法也逐漸被人們所淡忘。所謂電動(dòng)汽車是指以車載電源為動(dòng)力，用電機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪行駛，符合道路交通、安全法規(guī)各項(xiàng)要求的車輛。純電動(dòng)汽車是以動(dòng)力蓄電池作為動(dòng)力源，利用牽引變流器以及大功率異步電動(dòng)機(jī)，將動(dòng)力蓄電池的電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，進(jìn)而通過傳動(dòng)裝置來驅(qū)動(dòng)整個(gè)車輛。預(yù)計(jì)不久的將來，隨著電池技術(shù)的革新，配套設(shè)施的建成，成熟標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)政策的出臺，純電動(dòng)汽車的續(xù)駛里程將得到大幅度提高，同時(shí)成本也將大幅下降。純電動(dòng)汽車具有零排放、能源利用率高、結(jié)構(gòu)簡單、噪聲小、原料廣等優(yōu)點(diǎn)，但是受現(xiàn)階段電池技術(shù)、配套設(shè)施及相關(guān)政策等的影響，純電動(dòng)汽車在續(xù)駛里程、成本、充電時(shí)間、蓄電池使用壽命等方面還有待進(jìn)一步的改善。另外小型、低速、特種用途的純電動(dòng)汽車也在不斷發(fā)展。2010年，日本推出首款純電動(dòng)汽車——葉子，在世界車展會(huì)上，以其輕巧的設(shè)計(jì)、出色的性能受到各國的高度關(guān)注。比亞迪、吉利、奇瑞2010年都紛紛推出自己的純電動(dòng)汽車。為響應(yīng)國家號召，履行企業(yè)職責(zé)，國家電網(wǎng)公司巨資建設(shè)充電站、充電樁以及研發(fā)高效的大容量充電器。預(yù)計(jì)在未來幾年中，純電動(dòng)汽車的市場占有率將大幅度提高。有理由相信，隨著各國政府對于電動(dòng)汽車傾向性政策的陸續(xù)出臺以及電動(dòng)汽車性能的不斷攀升，將會(huì)形成完整的技術(shù)創(chuàng)新、市場成熟、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的鏈環(huán)，電動(dòng)汽車進(jìn)入千家萬戶將不再是夢想。充電電源與蓄電池相伴而生，與蓄電池的應(yīng)用和發(fā)展有著密切的關(guān)系，廣泛應(yīng)用于電動(dòng)交通車輛、電力系統(tǒng)、煤炭礦山、不間斷電源、便攜電子產(chǎn)品等國民生活的各個(gè)領(lǐng)域，并且隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，充電電源的應(yīng)用將會(huì)更加廣泛。蓄電池的充電脈沖采用計(jì)算機(jī)進(jìn)行控制，對充電電源和蓄電池組成的閉合環(huán)路系統(tǒng)的實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)采集用計(jì)算機(jī)進(jìn)行全方位的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。為減輕充電電源的重量和提高充電效率，可以采用高頻化、軟開關(guān)的開關(guān)電源。高集成度的充電電源不僅有利于充電電源的設(shè)計(jì)、安裝和調(diào)試，還能有效縮小體積，便于電動(dòng)汽車的攜帶和放置。相控電源是比較傳統(tǒng)的電源，它是將市電直接經(jīng)過整流濾波后輸出直流，再通過改變晶閘管的導(dǎo)通相位角，來控制整流器的輸出電壓。目前相控電源己經(jīng)有逐步被淘汰的趨勢。線性電源的功率調(diào)整管總是工作在放大區(qū)，流過的電流是連續(xù)的。對于鉛酸蓄電池來講，傳統(tǒng)的充電方法主要有恒流充電，恒壓充電和先恒流后恒壓充電。針對傳統(tǒng)的充電方法充電緩慢、轉(zhuǎn)換效率低下、安全性能不好等缺點(diǎn)，目前國內(nèi)外陸續(xù)提出了一些新興快速的充電方法，如分級定流充電法，脈沖式充電法，定化學(xué)反應(yīng)狀態(tài)法，變電流間歇/定電壓充電法、變電壓間歇充電法等。這些充電方法的原理絕大多數(shù)都是在傳統(tǒng)方法的基礎(chǔ)上加以改進(jìn)，以便使其充電電流能夠更好的逼近蓄電池的可接受充電電流曲線。這種充電方法開始擺脫傳統(tǒng)充電方法的束縛，將模糊控制技術(shù)引入充電方法，利用模糊控制本身適合處理多輸入多輸出非線性系統(tǒng)的優(yōu)勢，能夠更好的處理蓄電池充電過程中的時(shí)變性和抗干擾等常規(guī)控制方法所難以解決的問題。 功率因數(shù)校正技術(shù)的必要性及發(fā)展現(xiàn)狀隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)通信設(shè)備日益普及，開關(guān)電源技術(shù)被廣泛應(yīng)用于各種不同的領(lǐng)域，電網(wǎng)的諧波污染以及輸入端功率因數(shù)低等問題也顯得日益突出。在這個(gè)轉(zhuǎn)換過程中，由于一些非線性元件的存在，導(dǎo)致輸入的交流電流嚴(yán)重畸變，包含大量的諧波。因此使用功率因數(shù)校正技術(shù)把諧波污染控制在較小的范圍內(nèi)已是當(dāng)務(wù)之急。采用現(xiàn)代高頻功率變換技術(shù)的功率因數(shù)校正(PFC)技術(shù)是解決諧波污染最有效的手段。功率因數(shù)校正的目的，就是采用一定的控制方法，使電源的輸入電流跟隨輸入電壓，功率因數(shù)接近1。1986年美國公布“功率因數(shù)等于1”的專利，這是最早的比較完整的升壓式功率因數(shù)電路，這一時(shí)期是現(xiàn)代有源功率因數(shù)校正技術(shù)發(fā)展的初級階段，當(dāng)時(shí)的研究工作主要集中在工作于連續(xù)導(dǎo)電模式(Continuous Conduction Mode，CCM) 下的升壓變換器，這種控制方法主要是基于乘法器控制技術(shù)，適用于大功率變換器。近十年來，功率因數(shù)校正技術(shù)的研究熱點(diǎn)集中于新拓?fù)涞奶岢觥⑿碌目刂品椒ǖ奶岢鲆约皢渭塒FC變換器的研究。主要技術(shù)指標(biāo)：交流輸入電壓：220V177。本文主要針對電動(dòng)車用鉛酸蓄電池自身的特點(diǎn)，研究如何建立一個(gè)良好的鉛酸蓄電池充電系統(tǒng)。因此該課題的研究具有很好的現(xiàn)實(shí)意義和應(yīng)用前景。 可見，功率因數(shù)由輸入電流的波形畸變因數(shù)以及基波電壓和基波電流的位移因數(shù)決定。從上式可見，抑制諧波分量即可達(dá)到增大，提高功率因數(shù)的目的。電感性負(fù)載的電壓和電流的相量間存在著一個(gè)相位差，通常用相位角φ的余弦cosφ來表示。 功率因數(shù)分為自然功率因數(shù)、瞬時(shí)功率因數(shù)和加權(quán)平均功率因數(shù)。自然功率因數(shù)的高低主要取決于用電設(shè)備的負(fù)荷性質(zhì)，電阻性負(fù)荷(白熾燈、電阻爐)的功率因數(shù)較高，等于1，而電感性負(fù)荷(電動(dòng)機(jī)、電焊機(jī))的功率因數(shù)比較低，都小于1。瞬時(shí)功率因數(shù)是隨著用電設(shè)備的類型、負(fù)荷的大小和電壓的高低而時(shí)刻在變化。 一般APFC原理框圖，但它與傳統(tǒng)的開關(guān)電源的區(qū)別在于：DC/DC變換之前沒有濾波電容，電壓是全波整流器輸出的半波正弦脈動(dòng)電壓，這個(gè)正弦半波脈動(dòng)直流電壓和整流器的輸出電流與輸出的負(fù)載電壓都受到實(shí)時(shí)的檢測與監(jiān)控，其控制的結(jié)果是達(dá)到全波整流器輸入功率因數(shù)近似為1。利用功率因數(shù)校正技術(shù)可以使交流輸入電流波形完全跟蹤交流輸入電壓波形，使輸入電流波形呈純正弦波，并且和輸入電壓同相位，此時(shí)整流器的負(fù)載可等效為純電阻。無源校正電路通常由大容量的電感，電容組成。所謂功率因數(shù)校正(PFC)，就是在整流電路與負(fù)載之間增加一個(gè)功率變換器，應(yīng)用電流反饋技術(shù)，通過適當(dāng)?shù)目刂品椒ú粩嗾{(diào)節(jié)輸入電流，使其跟蹤輸入正弦波電壓波形，將輸入電流校正成與電網(wǎng)電壓同相的正弦波，因而功率因數(shù)可提高到近似為1。即對電路采取措施，使輸入電流波形接近正弦波并與輸入電壓同相位，電流正弦化便使=1，同相位就是因數(shù)=1。 有源功率因數(shù)校正分類按電路結(jié)構(gòu)分為：降壓式、升/降壓式、反激式、升壓式。按輸入電流的控制原理分為：平均電流型（工作頻率固定，輸入電流連續(xù)）、滯后電流型、峰值電流型、電壓控制型。由于輸入電流被“削尖”，在電路上對輸入電流波形需要進(jìn)行斜率補(bǔ)償。一般設(shè)計(jì)輸出濾波電路時(shí)，按最低工作頻率考慮，所以，開關(guān)電源的體積和重量是最小的，工作損耗最小。THD值小，對噪聲不敏感，電感電流峰值與平均值之間的誤差小，具有恒定的工作頻率，可以任意拓?fù)涓鞣N控制電路，輸入電壓可以隨便調(diào)節(jié)。 ，負(fù)載的無功功率將由它來緩沖，直流電壓比較平穩(wěn)，直流電源內(nèi)阻較小，相當(dāng)于電壓源，故稱電壓型變頻器，常選用于負(fù)載電壓變化較大的場合。 幾種控制方法的輸入電流波形圖 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)1 充電系統(tǒng)功率部分總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 保護(hù)電路電壓，電流溫度檢測動(dòng)力電池整流濾波電路APFC電路半橋電路整流濾波電路EMI濾波交流輸入FAN7390驅(qū)動(dòng)ICE2PCS01光耦隔離SG3525雙路PWM波生成電壓電流反饋 充電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)流程框圖, 首先是220V的交流市電經(jīng)EMI濾波、APFC校正電路變?yōu)?80V的直流, 然后經(jīng)DC/DC半橋變換及相應(yīng)的控制電路, 保證輸出電流電壓滿足充電電池的需求。DC/DC變換采用半橋式拓?fù)? 主要由高頻變壓器、MOSFET管以及LC濾波電路組成。 Boost有源功率因數(shù)校正電路的設(shè)計(jì) BOOST變換器的工作原理和控制方式Boost PFC電路是現(xiàn)在應(yīng)用最廣泛的有源功率因數(shù)校正電路，主電路由不控整流電路、電感、開關(guān)管和濾波電容組成。PFC電路主要完成兩項(xiàng)任務(wù)：(1)控制電感電流，使輸入電流正弦化保證其失真因數(shù)接近于1，并使輸入電流基波跟隨輸入電壓相位；(2)控制輸出電壓，使輸出電壓保持恒定。開關(guān)管Q仍為PWM控制方式，但它的最大占空比必須限制，不允許在情況下工作，Boost變換器有兩種基本的工作方式，一種是電感電流連續(xù)工作方式(CCM)，另一種是電感電流斷續(xù)工作方式(DCM)。 Boost變換器的電路圖當(dāng)電路中的電感電流工作在連續(xù)模式下，Boost變換器存在兩種開關(guān)模式，(a)和(b)所示，(CCM)下工作的主要波形圖。APFC技術(shù)適應(yīng)電力電子技術(shù)的發(fā)展方向，其主電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)常用儲能電感L和高頻開關(guān)Q組合，使輸入電流正弦化通常有以下幾種形式：升壓式(Boost)電路，降壓式(Buck)電路，反激式(Flyback)變換器電路，降/升壓(BuckBoost)混合電路等幾種形式。 平均電流控制模式的Boost PFC電路工作原理平均電流控制的Boost PFC電路具有總諧波失真（THD)值小，對噪聲不敏感，電感電流峰值與平均值之間的誤差小、可用于較大功率場合等優(yōu)點(diǎn)，成為我們設(shè)計(jì)的首選方案。在這種 APFC 控制方法中，采用了電流控制環(huán)和電壓控制環(huán)，其中電流控制環(huán)使輸入電流更接近正弦波，電壓控制環(huán)使 Boost 電路輸出的電壓更穩(wěn)定。 Boost APFC 電路平均電流控制原理圖 。當(dāng)輸出電壓上升時(shí)，電壓比較器VA 的輸出下降，導(dǎo)致乘法器M輸出的基準(zhǔn)電流減小，是電感電流減小，從而使輸出電壓下降，反之，則電感電流增大，使輸出電壓上升。10%（2) 輸出電壓：380VAC177。近幾年來，為了符合國際電工委員會(huì)6100032的諧波準(zhǔn)則，有源PFC電路正越來越引起人們的注意。另外，它的控制電路塊中只有一個(gè)電壓控制環(huán)，因而采用DCM的PFC設(shè)計(jì)簡單易行。在大功率場合，CCM的PFC更具有吸引力。因而CCM的控制電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，CCM PFC控制器的管腳數(shù)目也較多。它僅有8個(gè)管腳。本文將對此IC的功能進(jìn)行詳細(xì)地介紹，并通過測試結(jié)果驗(yàn)證了它的性能。ICE2PCS01專為升壓型轉(zhuǎn)換器而設(shè)計(jì)，只需要很少的外部元件。：由于采用全新的BiCMOS技術(shù)，ICE2PCS01的電源電壓的工作范圍從10V～21V 擴(kuò)展到11V～26V，開啟的閾值電壓從11V提高到12V。它具有內(nèi)置的交叉導(dǎo)通電流保護(hù)功能。由于采用了最新的BiCMOS技術(shù)，GATE下拉電壓從最大2V （ICE1PCS01）降低到最大1V（ICE2PCS01）。：由于采用先進(jìn)的BiCMOS技術(shù)，可以在沒有噪聲干擾的情況下對內(nèi)部振蕩器進(jìn)行準(zhǔn)確地調(diào)節(jié)。：通過Vsense引腳上的電阻分壓器對大電容兩端的電壓進(jìn)行檢測。ICE1PCS01的內(nèi)部參考電壓為5V，ICE2PCS01的內(nèi)部參考電壓為3V。 Vsense電壓還可以應(yīng)用到增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模塊?？梢园言摴δ芸醋鱒out過壓保護(hù)。除增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模塊之外，直接OVP關(guān)閉功能進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。ICE2PCS01采用級聯(lián)控制（即內(nèi)部電流環(huán)路和外部電壓環(huán)路）工作模式。外部電壓環(huán)路控制Vout并且調(diào)節(jié)平均輸入電流的幅度。其中ICOMP為電流環(huán)內(nèi)部跨導(dǎo)運(yùn)算放大器的輸出端；ISENSE為電流環(huán)的輸入端；FREQ外接電阻,在50 kHz~250 kHz范圍內(nèi)可調(diào)整頻率；VCOMP外接電壓環(huán)補(bǔ)償元件；VSENCE為電壓環(huán)輸入，額定輸出電壓時(shí)此腳電壓應(yīng)為5 V；VCC外接芯片電源,工作電源在10 V~21 V。2%。 ICE2PCS01內(nèi)部結(jié)構(gòu)