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原文传递电动汽车充电电源的研究与设计

论文题名：	电动汽车充电电源的研究与设计
关键词：	电动汽车;车载充电机;Boost-PFC电路;谐振变换器;交错并联
摘要：	日益紧张的能源与环境问题促进了电动汽车的快速发展，而电动汽车蓄电池充电技术、电机驱动及控制技术、整车技术和能量管理技术是电动汽车研发的关键技术。本文以电动汽车蓄电池充电为背景，针对铅酸蓄电池的充电要求，研究并设计了一款拓扑电路前级为两级交错并联Boost-PFC电路，后级为半桥LLC谐振变换器的车载充电机。　　首先研究了两级交错并联Boost-PFC变换器。针对传统Boost-PFC变换器功率密度小，输入电流纹波含量高等缺点，采用了两级交错并联Boost-PFC电路作为充电机的前级拓扑电路，有效提高了前级变换器的功率密度，减少了输入电流纹波。详细分析了两级交错并联Boost-PFC变换器连续导电模式下的工作原理，并与单级Boost-PFC进行了对比分析；建立了平均电流控制下的小信号模型，设计了电流内环、电压外环补偿网络，并通过Bode图对控制环路进行稳定性分析。研究结果表明，两级交错并联Boost-PFC变换器不仅能实现功率因数校正，还降低了输入电流的纹波，其总谐波畸变率（Total Harmonic Distortion，THD）值可以满足IEC61000-3-2 Class A谐波标准，同时也提高了前级PFC变换器的功率密度。　　其次，针对车载充电机后级半桥LLC结构，详细分析了谐振变换器在脉冲频率调制（Pulse Frequency Modulation,PFM）下的工作原理，同时基于基波分析法(Fundamental Harmonic Analysis,FHA)建立了LLC谐振电路的稳态模型，对直流增益特性和阻抗特性进行深入研究，并由此确定了变换器零电压开通(Zero-Voltage Switching,ZVS)、零电流关断(Zero-Current Switching,ZCS)的工作条件。研究结果表明，相对于传统的后级DC-DC PWM变换器，半桥LLC谐振变换器不仅能实现全负载范围内功率开关管的ZVS及输出整流二极的ZCS，还提高了变换器的功率密度，同时具有较高的工作效率。　　最后，对比分析了电压型整流器（Voltage Source Rectifier,VSR）和电流型整流器(Current-Source PWM Rectifier,CSR)的工作原理及应用。详细分析了三相CSR拓扑结构，采用了三值逻辑空间矢量调制，建立了dq坐标系下三相 CSR多环路直接电流控制的线性大信号数学模型，并针对模型中d、q轴的耦合影响，利用前馈解耦控制消除了系统的非线性、耦合特性，简化了控制环路的设计。其次，针对LC滤波器的谐振问题，引入了一种基于电容电压反馈的有源阻尼控制策略，并通过Bode图分析了控制策略的有效性。研究结果表明，三相CSR直流侧输出电流、交流侧输入电流均能保证快速动态响响应，网侧电流功率因数高，输出电流纹波含量低，同时电流内环引入的前馈有源阻尼控制有效抑制了LC滤波器的谐振，减小了网侧电流的THD值。　　为了验证理论分析与设计的正确性，本文搭建了相应的仿真和实验平台，研制了一台前级采用两级交错并联Boost-PFC电路，后级采用半桥LLC谐振电路，最大输出功率为1.5kW充电机实验样机。测试结果验证了理论分析与设计的正确性。
作者：	朱修敏
专业：	电力系统及其自动化
导师：	魏金成
授予学位：	硕士
授予学位单位：	西华大学
学位年度：	2017
正文语种：	中文