【摘 要】
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在全球环境不断恶化,化石能源日益枯竭的背景下。世界各国政府纷纷出台了相应政策来激励电动汽车产业的发展,电动汽车逐渐成为未来汽车发展的主流。而车载充电机作为电动汽车电能补充的关键设备,直接影响着汽车的充电时间以及续航里程。因此,设计符合高可靠性、高效率、以及高功率密度要求的车载充电机,对提高电动汽车普及率起着重要作用。在对车载充电机的相关技术指标进行调研后,对基于Ga N功率器件的两级式车载充电机进
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在全球环境不断恶化,化石能源日益枯竭的背景下。世界各国政府纷纷出台了相应政策来激励电动汽车产业的发展,电动汽车逐渐成为未来汽车发展的主流。而车载充电机作为电动汽车电能补充的关键设备,直接影响着汽车的充电时间以及续航里程。因此,设计符合高可靠性、高效率、以及高功率密度要求的车载充电机,对提高电动汽车普及率起着重要作用。在对车载充电机的相关技术指标进行调研后,对基于Ga N功率器件的两级式车载充电机进行了设计与研究。其前级采用图腾柱Boost PFC拓扑结构,在分析了图腾柱Boost PFC的电路原理和工作模态后,利用Ga N功率器件替换传统的Si MOSFET开关管,保证图腾柱PFC能够运行在连续电流模式,以匹配车载充电机功率等级,工作效率,电流谐波的需求。为保持输出电压的稳定性,采用了电压外环和电流内环的控制方式。根据电路小信号模型推导了控制对象的传递函数,依次设计双环结构中的控制器。后级采用双有源全桥拓扑结构,分析了双有源全桥电路在单移相下的运行模态,并给出了开关管实现软开关的限制条件。提出了一种基于模型的变频控制策略,根据输入电压,设定的输出电压和软开关电流值,实时计算变换器运行时所需的移相角和工作频率。并通过电压环来补偿因死区时间,变换器损耗等所带来的计算误差,该方法极大的扩展变换器在单个移相下的软开关范围,降低在重载情况下的回流功率。同时分析了两级变换器在高开关频率的电磁干扰问题,分别设计了对应的EMI滤波器。实验结果证明了该滤波器能够有效抑制共模和差模干扰。在Matlab/Simulink软件上搭建仿真模型,验证了图腾柱PFC和双有源全桥参数设计和控制策略的可行性。最后搭建了基于Ga N功率器件的1 k W实验样机。样机采用TI的TMSF28335浮点型控制器实现了全数字控制,实验结果表明图腾柱PFC能够输出稳定的直流电压,有着较高的功率因数。双有源全桥能够输出与电池组匹配的电压,在通过变频的方式,调节软开关电流后,实现了所有开关管的软开关。
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