純電動汽車充電系統設計與研究(上)

1 充電系統的方案
本文根據某款純電動汽車參數需求，匹配定義的車載 充電器的主要技術參數，見表1。
結合當前電動汽車電能供給的典型方式和充電電源的 發展狀況，充電系統的設計如圖1所示。整個電路采用了AC/DC-DC /DC 的設計結構，首先是220V 的交流市電經EMI濾 波、PFC校正電路變為390V 的直流，然后經DC /DC 半橋變 換及相應的控制電路，保證輸出電流電壓滿足充電電池的 需求。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。DC /DC 變換采用半橋式拓撲，主要由高頻變壓器、MOSFET管以及 LC濾波電路組成?？刂撇糠滞ㄟ^對蓄電池端電壓、電流信 號的采集反饋，由SG3525產生雙路PWM 波控制半橋拓撲中 MOSFET管的通斷時間來控制充電電流和電壓，其控制部分 還包括對電流、電壓、溫度的采集監測以及實時顯示。

2 APFC電路設計
設 計 選 擇 工 作 于 連 續 調 制 模 式 下 的 平 均 電 流 型 升 壓 式 A P F C  電 路 來 實 現 。 具 體 的電 路 設 計 如 圖 2 所 示 ， 控 制 芯 片 選 用 C E 2 P C S 0 1 由220V 的交流輸入經過前級的APFC 變換電路后，得到380V 輸出電壓，同時該輸出電壓也是后級DC-DC變換的 輸入電壓。在變壓器的作用下，原邊電壓是190V，副邊輸 出電壓是109V。

表1   充電器主要技術參數

項目              參數
輸入電壓          AC220V±20%;50Hz
輸出電壓范圍    220V～390V
輸出恒流    10.5A
功率    3000W
源電壓調整率    穩壓≦0.2%
充電階段    恒流→恒壓
絕緣電阻    輸入輸出≧200MΩ
整機過熱保護
溫度閥值    65℃
絕緣強度    輸入輸出，AC1500V，
10mA，一分鐘
冷卻方式    自然冷卻
工作環境溫度    -40℃ ～65℃
工作濕度    ＜90%
工作效率    ＞94%
其它功能    帶CAN總線接口，提供電
壓、電流、充電進程信號。

圖1   充電系統總體結構框圖  

圖2  有源功率因數校正電路

圖3 半橋變換電路  

圖4  充電器原理圖

表2   總線報文結構

6 吸收回路及濾波回路的設計
為解決關斷時器件的過壓問題，在圖3 中由D1、R1、C4 組成RCD緩沖器，通過減緩Q1漏源極電壓的上升速度使下 降的電流波形同上升的電壓波形之間的重疊盡量小，以達到 減小開關管損耗的目的。
同理由D4、R4、C8對Q2的關斷過程進行保護。在輸出整流二極管之后采用LC 濾波電路減小輸出 電流電壓紋波。濾波電感L1的作用是使負 載電流的波動減小，濾波電容C5的作用是 使輸出電壓的紋波減小。當負載突減時， 濾波電容儲能；負載突增時，電容C5上的儲能首先向負載補充能量，以減小輸出電壓的峰-峰值。

7 控制保護電路設計及功能
控制保護電路主要完成3個功能：(1)控制充電系統按照 當前的設定的輸出電壓電流值產生占空比可變的PWM波， 對開關管進行驅動， 實現功率變換； (2)當出現過壓、 欠 壓、過流、過溫等故障時，控制充電電源的主回路停止工 作，從而將電源的損壞程度控制在最小范圍；(3)在充放電 過程中，對相應的電壓、電流、溫度等參數實時顯示。（未 完待續）