電動(dòng)汽車動(dòng)力電池充電系統(tǒng)功率部分畢業(yè)論文

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p>　　題目：電動(dòng)汽車動(dòng)力電池充電系統(tǒng)功率部分 </p><p><b>　　設(shè)計(jì)</b></p><p>　　院 （系）： </p><p>　　專 業(yè)： </p><p>　　班 級：

2、 </p><p>　　學(xué) 生： </p><p>　　學(xué) 號： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　2012年 6月</b></p><p>　　電動(dòng)汽車動(dòng)力電池充電系統(tǒng)功率部分設(shè)

3、計(jì) </p><p><b>　　摘要　　　</b></p><p>　　為滿足電動(dòng)汽車蓄電池?zé)o損傷快速充電的需求, 將大功率開關(guān)電源變換技術(shù)應(yīng)用于充電系統(tǒng)設(shè)計(jì)了由電動(dòng)汽車動(dòng)力電池充電系統(tǒng)功率部分。結(jié)合實(shí)際充電要求, 在電動(dòng)汽車充電系統(tǒng)的總體方案的基礎(chǔ)上, 就方案中涉及到的大功率充電電源拓?fù)浣Y(jié)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)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明該充電

4、電源可以在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)對動(dòng)力蓄電池的無損傷充電, 滿足快速充電的要求。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。</p><p>　　采用功率因數(shù)校正以及隔離變壓調(diào)制的方式的充電電源，具有體積小、重量輕、可靠性高、整機(jī)變換效率高、對供電電網(wǎng)干擾小等特點(diǎn)。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。</p>&

5、lt;p>　　關(guān)鍵詞: 電動(dòng)汽車；BOOST變換；APFC校正；半橋變換</p><p>　　Design of Battery Charging System for Electric Vehicle</p><p>　　Abstract　　　</p><p>　　High power switch source converter technique th

6、at 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

7、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 that the c

8、harging power</p><p>　　The power factor correction and segregation variable pressure of the way the modulation charging power supply has small volume, light weight, high reliability, high efficiency, the tra

9、nsformation of the power supply power grid little interference etc. Characteristics And the whole system but also increased the kinds of protect circuit measures, with the vehicle safety equipment general specification,

10、which is of great practical application value.　　</p><p>　　Keywords: electric vehicle；BOOST converter；APFC；half bridge converter　</p><p><b>　　目錄　</b></p><p>　　中文摘要.......

11、.....................................................................................................I</p><p>　　英文摘要...........................................................................................

12、....................II</p><p>　　1 緒論...................................................................................................................1</p><p>　　1.1 課題研究背景和意義...................

13、.......................................................................1</p><p>　　1.2 電動(dòng)汽車概況....................................................................................................2</p>&l

14、t;p>　　1.3 電動(dòng)汽車充電技術(shù)發(fā)展概況................................................................................3</p><p>　　1.4 功率因數(shù)校正技術(shù)的必要性及發(fā)展現(xiàn)狀...............................................................4</p

15、><p>　　1.5 研究內(nèi)容............................................................................................................5</p><p>　　2 功率因數(shù)校正原理.....................................................

16、.......................................6</p><p>　　2.1功率因數(shù)的定義..................................................................................................6</p><p>　　2.2功率因數(shù)校正實(shí)現(xiàn)方法............

17、............................................................................7</p><p>　　2.3有源功率因數(shù)校正...............................................................................................7</p>&

18、lt;p>　　2.3.1有源功率因數(shù)校正定義..............................................................................7</p><p>　　2.3.2有源功率因數(shù)校正分類..............................................................................

19、.8</p><p>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì).....................................................................................................9</p><p>　　3.1充電系統(tǒng)功率部分結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)...............................................

20、...................................9</p><p>　　3.2 Boost有源功率因數(shù)校正電路的設(shè)計(jì).....................................................................9</p><p>　　3.2.1 BOOST變換器的工作原理和控制方式......................

21、.....................................9</p><p>　　3.2.2 平均電流控制模式的Boost PFC電路工作原理...........................................10</p><p>　　3.3 基于ICE2PCS01 BOOST APFC電路的設(shè)計(jì)..............................

22、................................11</p><p>　　3.3.1ICE2PCS01控制器簡介................................................................................11</p><p>　　3.3.2 Boost PFC主電路主要參數(shù)的設(shè)計(jì)..............

23、...............................................14</p><p>　　3.3.3基于ICE2PCS01的控制電路及補(bǔ)償環(huán)路的設(shè)計(jì)............................................18</p><p>　　3.4 半橋式DC-DC變換器的設(shè)計(jì)................................

24、.................................................22</p><p>　　3.4.1 半橋式變換器的工作過程分析...................................................................22</p><p>　　3.4.2 功率電路的設(shè)計(jì)......................

25、.................................................................25</p><p>　　3.4.3 半橋變壓器的參數(shù)設(shè)計(jì).............................................................................28</p><p>　　3.5 控制保護(hù)電路..

26、...................................................................................................29</p><p>　　3.6驅(qū)動(dòng)信號的產(chǎn)生......................................................................................

27、.............29</p><p>　　4 電調(diào)試及其波形分析.........................................................................................30</p><p>　　4.1 PFC校正電路上電調(diào)試及其波形分析....................................

28、................................30</p><p>　　4.2 半橋電路上電調(diào)試及其波形分析..........................................................................31</p><p>　　5 結(jié)論..........................................

29、...........................................................................34</p><p>　　參考文獻(xiàn).................................................................................................................35&

30、lt;/p><p>　　致謝.........................................................................................................................36</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明....................................

31、.....................................37</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明.............................................................................38</p><p>　　附錄A電氣原理圖...................................

32、.............................................................39</p><p>　　附錄B PCB印制電路版圖...................................................................................40</p><p>　　附錄C 外文資料翻譯...

33、........................................................................................41</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p>　　1.1 課題研究背景和意義</p><p>　　隨著人類社會(huì)的發(fā)展，現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)隨之不斷進(jìn)步，近二

34、百年來取得的成就相當(dāng)于過去人類歷史取得成就的總和。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。目前全世界行駛的各種汽車總數(shù)量為7.37億，據(jù)德國市場研究所預(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%。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)。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大氣層的破壞及對生態(tài)環(huán)境的影響也是十分可怕的。&

35、lt;/p><p>　　目前，大多數(shù)電機(jī)車使用的電源都是鉛酸蓄電池組。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)。相應(yīng)的，蓄電池的充電技術(shù)也引起了普遍地關(guān)注。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。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。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。國內(nèi)外多年來的實(shí)踐證

36、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。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。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。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)約用電又對電池?zé)o損害。</p><p>　　在這樣的背景下，各國政府都投入了大量的人力物力來研

37、制和開發(fā)清潔、環(huán)保的電動(dòng)汽車。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。如美國的“新一代汽車合作伙伴”項(xiàng)目(partnership for a New Generation of Vehicles-PNGV)，日本新能源與工業(yè)技術(shù)發(fā)展組織(New Energy and Industrial Technology Development Organization-NEDO)協(xié)調(diào)所謂的“先進(jìn)

38、清潔燃料汽車計(jì)劃”等。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。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。電動(dòng)汽車在環(huán)保、能源等方面的巨大優(yōu)勢，取代傳統(tǒng)的燃油汽車已成為一種必然趨勢，被譽(yù)為“未來汽車”。</p><p>　　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)。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，力爭搶占電動(dòng)汽車產(chǎn)業(yè)的制高點(diǎn)。通過

39、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。</p><p>　　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。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。</p><p>　　“九五”期間，電動(dòng)汽車被列入國家重大科技產(chǎn)業(yè)工程

40、?！笆濉薄ⅰ笆晃濉逼陂g電動(dòng)汽車列入國家863計(jì)劃。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。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

41、差距，實(shí)現(xiàn)了汽車工業(yè)的跨越式發(fā)展 。</p><p>　　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，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。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

42、電動(dòng)汽車的續(xù)航里程，更有利于電動(dòng)汽車的推廣。</p><p>　　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)。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。</p><p>　　1.2 電動(dòng)汽車概況</p><p>　　電動(dòng)

43、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。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。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。</p><p>　　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

44、的車輛。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。</p><p>　　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。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。預(yù)計(jì)不久的將來，

45、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。低能耗、零排放的純電動(dòng)汽車必將大規(guī)模普及，具有巨大的市場發(fā)展空間。</p><p>　　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。</p

46、><p>　　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。另外小型、低速、特種用途的純電動(dòng)汽車也在不斷發(fā)展。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)化的新途徑。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。</p><p>　　在國內(nèi)，純電動(dòng)汽車的自

47、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)開拓新的增長點(diǎn)。比亞迪、吉利、奇瑞2010年都紛紛推出自己的純電動(dòng)汽車。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。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。同時(shí)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、政策也在緊鑼密鼓出臺中。預(yù)計(jì)在未來幾年中，純電動(dòng)汽車的

48、市場占有率將大幅度提高。</p><p>　　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。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。</p><p>　　1.3

49、電動(dòng)汽車充電技術(shù)發(fā)展概況</p><p>　　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。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。無論在哪一方面的應(yīng)用，都需要我們在提高充電電源的快速性和安全性的基

50、礎(chǔ)上，朝著以下幾個(gè)方向努力：(1) 充電手段趨于現(xiàn)代化。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)。(2) 追求高的性能指標(biāo)。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。(3)全集成化的充電電源。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。</p><p&g

51、t;　　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。</p><p>　　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。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。目前相控電源己經(jīng)有逐步被淘汰的趨勢。線性電源是另一種常見的電源，它是

52、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。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。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。</p><p>　　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。這些充電方法，一方面控制電路簡單，實(shí)現(xiàn)起來比較容易；另一方面充電時(shí)間比較長，充電方法過于單一，控制不當(dāng)會(huì)對蓄電池本身造成損害，以致

53、影響蓄電池的使用壽命。</p><p>　　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。對于鉛酸蓄電池來講，其中的分級定流充電法已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。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

54、流曲線。</p><p>　　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。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。</p><p>　　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

55、，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)。</p><p>　　1.4 功率因數(shù)校正技術(shù)的必要性及發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　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。這些設(shè)備的內(nèi)部需要一個(gè)

56、將市電轉(zhuǎn)化為直流的電源部分。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。這不但降低了輸入電路的功率因數(shù)，而且對公共電力系統(tǒng)產(chǎn)生污染，造成電路故障。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。</p><p>　　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IEC555-2，IEEC519等。采用現(xiàn)代高頻功率

57、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。為減少諧波對交流電網(wǎng)的污染，必須對電源產(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。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。</p><p>　　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

58、了新的問題，同時(shí)也給出了新的發(fā)展契機(jī)。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。20世紀(jì)80年代末推出了非連續(xù)導(dǎo)電模式(Discontinuous Conductio

59、n 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單，適用于中小功率場合。</p><p>　　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?、新的控制方法的提出以及單級PFC變換器的研究。</p><p><b>　　1.

60、5研究內(nèi)容</b></p><p>　　針對電動(dòng)汽車鉛酸動(dòng)力電池，設(shè)計(jì)大功率充電系統(tǒng)。主要技術(shù)指標(biāo)：交流輸入電壓：220V±10%；功率因數(shù)：0.92；效率：0.80；最大充電電流：40A；最大輸出功率：3.5KW。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)。使動(dòng)力蓄電池工作在較理想的工況下，延長其使用壽命，提高充電效率，同時(shí)不產(chǎn)生有害氣體，實(shí)現(xiàn)真正意

61、義上的清潔高效。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。</p><p><b>　　2功率因數(shù)校正原理</b></p><p>　　2.1功率因數(shù)的定義</p><p>　　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: </p><p><b>　　(2.1）</b&

62、gt;</p><p>　　式中:為輸入電流基波有效值；為電網(wǎng)電流有效值,其中,,……為輸入電流各次諧波有效值；為輸入電壓基波有效值；為輸入電流的波形畸變因數(shù)；為基波電壓和基波電流的位移因數(shù)。</p><p>　　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。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

63、越大，將造成電流波形畸變，對電網(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。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。</p><p>　　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。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)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)。 </p>

64、;<p>　　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)。</p><p>　　(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)。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。</p><p>　　(

65、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)。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。</p><p>　　(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。</p><p>　　圖2.1 一般APFC原理框圖</p><p>　　從圖2.1可以看出APFC基本電路就是一種開關(guān)電源，但它與傳統(tǒng)的開關(guān)電源的區(qū)別在于

66、：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。</p><p>　　2.2功率因數(shù)校正實(shí)現(xiàn)方法</p><p>　　由公式（2.1）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。利用功率因數(shù)校正技術(shù)

67、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。</p><p>　　功率因數(shù)矯正電路分為有源和無源兩類。無源校正電路通常由大容量的電感，電容組成。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0.7~0.8，因而在小功率電源中被廣泛采用。</p><p>　　2.

68、3有源功率因數(shù)校正</p><p>　　2.3.1有源功率因數(shù)校正定義</p><p>　　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。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）。即對電路采取

69、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。</p><p>　　APFC技術(shù)的思路是，控制已整流后的電流， 使之在對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。</p><p>　　2.3.2有源功率因數(shù)校正分類</p><p>　　有源功率因數(shù)校正分類

70、按電路結(jié)構(gòu)分為：降壓式、升/降壓式、反激式、升壓式。</p><p>　　其中升壓式為簡單電流型控制，PF值高，總諧波失真小，效率高，適用于75W~2000W功率范圍的應(yīng)用場合，應(yīng)用最為廣泛。</p><p>　　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。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)： </p>

71、;<p>　　1.峰值電流法是檢測峰值電流，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、快速地檢測出峰值電流，并將這一電流“削尖”、均化來控制開關(guān)管，對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)。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。</p><p>　　2.滯環(huán)電流法是檢測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

72、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。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。 </p><p>　　3.平均電流法是開關(guān)電源和電子鎮(zhèn)流器對有源功率因數(shù)校正用得最多的一種方法。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

73、調(diào)節(jié)。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。 </p><p>　　4.電壓控制法是中間直流環(huán)節(jié)的儲(chǔ)能元件采用大電容，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。工作頻率固定，電流不連續(xù)。 </p><p>　　圖2.2 幾種控制方法的輸入電流波形圖 </p&

74、gt;<p><b>　　3 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　1 充電系統(tǒng)功率部分總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)</p><p>　　圖3.1 充電系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)流程框圖</p><p>　　如圖3.1整個(gè)電路采用了AC/DC DC/DC的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu), 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/D

75、C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。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?fù)? 主要由高頻變壓器、MOSFET管以及LC濾波電路組成。控制部分通過對蓄電池端電壓、電流信號的采集反饋, 由SG3525產(chǎn)生雙路PWM波控制半橋拓?fù)渲蠱OSFET管的通斷時(shí)間來控制充電電流和電壓。 <

76、/p><p>　　3.2 Boost有源功率因數(shù)校正電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.2.1 BOOST變換器的工作原理和控制方式</p><p>　　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。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)對主電路高頻瞬態(tài)沖擊，對整流器呈現(xiàn)電流源負(fù)載特性；其輸出側(cè)

77、有濾波電容可以減小輸出電壓紋波，對負(fù)載呈現(xiàn)電壓源特性。PFC電路主要完成兩項(xiàng)任務(wù)：(1)控制電感電流，使輸</p><p>　　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。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。</p><

78、p>　　Boost變換電路組成如圖3.2所示。Boost變換器的電感在輸入側(cè)，一般稱之為升壓電感。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)。本方案采用的是電感電流連續(xù)工作方式。</p><p>　　圖3.2 Boost變換器的電路圖</p><

79、;p>　　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，如下圖3.3(a)和(b)所示，同時(shí)圖3.4給出了Boost變換器在電感電流連續(xù)模式(CCM)下工作的主要波形圖。</p><p>　　圖 3.3 不同開關(guān)模式下的等效電路</p><p>　　圖3.4 電感電流連續(xù)工作方式下的主要波形</p><p>　　有源功率因數(shù)校正(APF

80、C)是在輸入整流和DC-DC功率變換之間增加一級變換器，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。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(chǔ)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(Buck-Boos

81、t)混合電路等幾種形式。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。</p><p>　　3.2.2 平均電流控制模式的Boost PFC電路工作原理</p><p>　　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。</p

82、><p>　　如圖3.5 Boost型平均電流控制法PFC電路控制原理圖。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?；鶞?zhǔn)電流由輸入整流電壓與輸出電壓誤差放大信號的乘積組成，其中從輸入整流電壓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

83、入端接到鋸齒波信號發(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。</p><p>　　圖3.5 Boost APFC 電路平均電流控制原理圖 </p><p>　　其波形見圖3.6所示。當(dāng)電感電流上升時(shí)，PWM 比較器的占空比下降，從而電感電流減小；反之，則加大電感電流。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

84、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。 </p><p>　　圖3.6 平均電流控制技術(shù)電感電流波形圖</p><p>　　3.3 基于ICE2PCS01 BOOST APFC電路的設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1ICE2PCS01控制器簡介</p><p><b>　

85、　系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo):</b></p><p>　　輸入電壓：220VAC±10%</p><p>　　輸出電壓：380VAC±10%</p><p>　　額定輸出功率：3.5Kw</p><p>　?。?)功率因數(shù)：≥0.92</p><p>　　傳統(tǒng)的用于電子設(shè)備前端的二極管整流器，因?yàn)?/p>

86、導(dǎo)致電源線的脈沖電流，干擾電網(wǎng)線電壓，產(chǎn)生向四周輻射和沿導(dǎo)線傳播的電磁干擾，導(dǎo)致電源的利用效率下降。近幾年來，為了符合國際電工委員會(huì)61000-3-2的諧波準(zhǔn)則，有源PFC電路正越來越引起人們的注意。對于小于200瓦的小功率裝置，不連續(xù)調(diào)制模式(DCM)因其低廉的價(jià)格受到普遍歡迎。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。然而，由于它固有的電流紋波較大，DCM很少應(yīng)用于大功率場合。在大功率場合，CCM

87、的PFC更具有吸引力。在CCM的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，它的傳輸函數(shù)存在電壓環(huán)和電流環(huán)兩個(gè)控制環(huán)路。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。 </p><p>　　ICE2PCS01這種新的PFC控制器，是為了降低設(shè)計(jì)費(fèi)用和難度而開發(fā)的。它僅有8個(gè)管腳。此外，根據(jù)故障模式影響分析(FMEA)，很多的保護(hù)電路被集成在這塊芯片中。本文將對此I

88、C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。</p><p>　　在ICE2PCS01中，引腳 4用來設(shè)定開關(guān)頻率；但是在ICE1PCS02中，引腳 4用于AC欠壓檢測。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。所有電流和電壓環(huán)路補(bǔ)償都是在外部實(shí)現(xiàn)的，從而允許用戶進(jìn)行完全控制。</p><p>　　1.電源電壓：由于采用全新的BiCMOS技術(shù)，ICE2PCS

89、01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。</p><p>　　2.門極輸出：輸出門驅(qū)動(dòng)器是一個(gè)快速的推挽式輸出門極驅(qū)動(dòng)電路。它具有內(nèi)置的交叉導(dǎo)通電流保護(hù)功能。GATE引腳所能承受的最大電壓通常箝位在15V（上拉）。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）。因?yàn)榫哂休^低的GAT

90、E下拉電壓，外部MOSFET能夠快速地開關(guān)，從而降低了開關(guān)損耗，提高了效率。</p><p>　　3.內(nèi)部振蕩器：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)。對于ICE2PCS01來講，可以通過FREQ引腳上的外部電阻對開關(guān)頻率進(jìn)行調(diào)節(jié)。</p><p>　　4.電壓檢測和過壓保護(hù)：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。Vs

91、ense電壓發(fā)送至誤差放大器，并且與內(nèi)部參考源（用于電壓環(huán)路調(diào)節(jié)）進(jìn)行比較。ICE1PCS01的內(nèi)部參考電壓為5V，ICE2PCS01的內(nèi)部參考電壓為3V。由于具有不同的內(nèi)部參考電壓，因此需要在ICE1PCS01 和 ICE2PCS01的解決方案中分別采用不同的電阻分壓器。 Vsense電壓還可以應(yīng)用到增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模塊。ICE2PCS01 在Vout超過額定值+5%的情況下，增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模塊能夠?qū)⒄伎毡妊杆僬{(diào)整到零?？梢园言摴δ芸醋鱒o

92、ut過壓保護(hù)。除了增強(qiáng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)模塊以外，ICE2PCS01還提供了額外的過壓（OVP）保護(hù)，這通過直接關(guān)閉門輸出來實(shí)現(xiàn)（當(dāng)Vout超過額定值+8%時(shí)）。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。</p><p>　　5.電流環(huán)路和電壓環(huán)路調(diào)節(jié)：ICE2PCS01的基本工作原理與ICE1PCS01相同。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。IC的內(nèi)部電流環(huán)

93、路控制平均輸入電流的正弦波形狀。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。</p><p><b>　　芯片結(jié)構(gòu)如圖</b></p><p>　　圖3.7 ICE2PCS01芯片結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　表3.1 ICE2PCS01引腳功能</p><p><b>　　表</b><

94、/p><p>　　圖3.8為該芯片內(nèi)部電路圖。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。</p><p>　　芯片技術(shù)特性：1.支持寬范圍內(nèi)的電壓輸入；

95、2. 50 kHz~250 kHz可調(diào)頻率范圍；3.頻率在125 kHz時(shí),最大占空比為95%(典型值)；4.內(nèi)部參考電壓5 V±2%。5.芯片供電電壓10.0 V~21.0 V(典型值)；6.輸出驅(qū)動(dòng)信號高電平電壓值11.5 V(典型值,芯片供電電壓20.0 V時(shí))；7.工作結(jié)溫-40℃~150℃；8.滿足IEC 1000-3-2 Class D標(biāo)準(zhǔn)的諧波分量要求。</p><p>　　圖3.8 IC

96、E2PCS01內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　3.3.2 Boost PFC主電路主要參數(shù)的設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)的大功率有源功率因數(shù)校正電路采用兩級PFC電路結(jié)構(gòu)通過分別實(shí)現(xiàn)對輸入電流整形和輸出電壓快速調(diào)節(jié)，使電源具有良好的性能，其總諧波失真度小于5%，功率因數(shù)高達(dá)98%，而且容易進(jìn)一步優(yōu)化DC/DC變換級電路。輸入市電電壓Ui(220VAC±20%)經(jīng)過整流濾波，進(jìn)入

97、PFC校正部分，經(jīng)過Boost升壓電感、MOSFET斬波電路，將其轉(zhuǎn)換為輸出電壓380V的直流電壓。采用英飛凌先進(jìn)的APFC控制芯片，通過對電壓外環(huán)，電流內(nèi)環(huán)的精確控制，實(shí)現(xiàn)APFC校正的目標(biāo)。設(shè)計(jì)電路如圖3.9所示，下面將分別介紹電路中主要元件的設(shè)計(jì)方法。</p><p>　　圖3.9 采用ICE2PCS01的BOOST-PFC變換電路</p><p>　　(1) Boost升壓電感的

98、設(shè)計(jì)</p><p>　　本設(shè)計(jì)的目標(biāo)為。確定輸入電流的最大峰值：峰值功率等于2倍的平均功率，即。</p><p>　　當(dāng)輸入電壓最低時(shí)輸入最大電流，有：</p><p><b>　　(3.1）</b></p><p>　　在電流紋波和峰值電流之間最好的妥協(xié)辦法就是允許電感電流有20%的紋波，即：</p>

99、<p><b>　　(3.2）</b></p><p>　　則Boost電感峰值電流為：</p><p><b>　　(3.3）</b></p><p>　　電感電流最大峰值時(shí)占空比為：</p><p><b>　　(3.4）</b></p><p

100、>　　所需要的升壓電感值為：</p><p><b>　　(3.5）</b></p><p>　　(2) 功率因數(shù)校正開關(guān)管的選擇</p><p>　　在本課題設(shè)計(jì)的PFC主電路中，電感電流的最大峰值為39.16A，開關(guān)管承受的最大直流電壓為?？紤]安全裕度，功率開關(guān)管選用MOSFET, 型號FCH47N60，其指標(biāo)為47A/600V。&

101、lt;/p><p>　　(3) Boost輸出電容的選擇</p><p>　　Boost輸出電容一般用于DC-DC變換器供電，它主要有兩個(gè)功能：</p><p>　?、?濾除由于器件高頻開關(guān)動(dòng)作造成的直流電壓的紋波；</p><p>　?、?當(dāng)負(fù)載發(fā)生變化，如交流電源斷開，在PFC的慣性環(huán)節(jié)延遲時(shí)間內(nèi)，將輸出直流電壓波動(dòng)維持在可接受的范圍內(nèi)。&

102、lt;/p><p>　　開關(guān)動(dòng)作造成的紋波頻率一般比較高，只需要較小的電容就可以滿足第一項(xiàng)的要求，第二項(xiàng)要求與負(fù)載功率變化的大小、輸出直流電壓、輸出紋波電壓和保持時(shí)間△t等因素有關(guān)，其中保持時(shí)間一般取15ms—50ms。</p><p><b>　　(3.6)</b></p><p>　　式中，——保持時(shí)間，電網(wǎng)斷電后要求電容在時(shí)間內(nèi)電壓不低于一定

103、值；</p><p><b>　　——直流輸出電壓；</b></p><p>　　——要求電網(wǎng)斷電后，在保持時(shí)間內(nèi)電容電壓的最小值；</p><p>　　根據(jù)計(jì)算，Boost輸出電容容量為3700uF，由5個(gè)750uF/450V的電解電容并聯(lián)組成。</p><p>　　3.3.3基于ICE2PCS01的控制電路及補(bǔ)償環(huán)路

104、的設(shè)計(jì)</p><p>　　基于本文的設(shè)計(jì)指標(biāo)，選擇工作于連續(xù)調(diào)制模式下的平均電流型升壓式APFC電路來實(shí)現(xiàn)較為合適。在具體的電路設(shè)計(jì)中，控制芯片選用ICE2PCS01。ICE2PCS01給出了一種全新的連續(xù)導(dǎo)通型(CCM)的控制方式和全新的控制電路。與傳統(tǒng)連續(xù)導(dǎo)通型PFC方式相比，它不用直接從AC線路檢測正弦信號作為參考信號，采用平均電流控制方式實(shí)現(xiàn)單位功率因數(shù)。CCM模式PFC專用控制器ICE2PCS01具有

105、以下的應(yīng)用特點(diǎn)：① ICE2PCS01僅有8個(gè)管腳，所需外圍元件少；② 開關(guān)頻率為50～250kHz可調(diào)，僅由一個(gè)外接電阻來確定；③ 無直接饋入芯片的正弦波參考信號；④ 增強(qiáng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，一旦輸出電壓超出正常值的5%，控制器電路將跳過慢補(bǔ)償運(yùn)算放大器，直接作用于內(nèi)部非線性增益塊而影響占空比，使輸出電壓能夠在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)到正常值；⑤ 高效的軟啟動(dòng)功能；⑥ 具有多項(xiàng)保護(hù)功能，如開環(huán)保護(hù)、輸出電壓保護(hù)、交流電源欠壓保護(hù)、峰值電流限幅及軟過電流限