6.6kW单级三相PFC DC-DC车载充电机设计研究

6.6kW单级三相PFC DC-DC车载充电机设计研究

在环境保护和节能减排双重旗帜的号召下,近几年电动汽车得到了迅猛发展,与其相关的产业也得到了市场和消费者的高度重视。为了响应电动汽车长续航和快充的需求,开发一台具有低输入电流总谐波失真度、高功率因数和高效率的大功率车载充电机具有重要意义。本文以6.6kW全数字控制车载充电机作为主要研究内容,来探讨一种新型单级三相PFC离线式DC-DC变换器拓扑在大功率应用场合的可行性。

首先,对现有的功率因数校正和隔离调压拓扑方案进行了技术调研,分析讨论了单级拓扑所具有的天然优势,并给出本文设计所采用的一种新型单级三相PFC+变压器串并联DC-DC隔离调压拓扑,并简要分析了其工作特点。第二章在仔细分析所提单级三相拓扑结构特点的基础上,给出相应的等效工作拓扑模型,并在这基础上分析了电路各个时刻的工作原理;对主功率电路如何实现功率因数校正的机理进行了分析,探讨了输入输出电压转换系数M对系统功率因数校正的影响;分别探讨了在所提单级三相拓扑中,移相全桥部分滞后和超前臂零电压软开通的实现条件;针对所提的三变压器原边串副边经过输出整流桥和滤波电感后并联的结构,并对此结构的功率自动均衡和均流的特性进行了分析;对拓扑固有的占空比丢失问题和变压器副边电压振荡问题的机理,进行了详细地分析讨论,并设计了相应的解决方案。根据车载充电机各项的设计指标要求,给出了主功率回路关键参数的设计方法和结果,并基于PSIM搭建了相应的开环仿真平台,以验证了设计参数的有效性;详细阐述了PFC电感和变压器的设计要点,并给出了一般性的设计步骤;针对所提拓扑母线电压和输出电压双环控制高耦合、动态差和难闭环的问题,提出了一种新型有效的频率脉宽调控输出电压+移相滞环调控母线

电压的控制策略,并给出了相应的数字实现流程;最后,完成了实验样机的制作和相应的数据波形测试,并针对测试的结果和电路的典型波形,进行了详细地分析;最后,在额定工频输入线电压(380Vac@50Hz),额定输出电压工况下,实验样机的最高效率可达96%,满载效率高于93%;在全负载工作条件下,样机的功率因数均大于0.98,THD均小于3.5%;实验测试所得结果,验证了本文设计参数的有效性,同时也充分展示了所提单级三相拓扑优异的电气性能。