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APFC在电动汽车充电机中的应用研究
| 论文题名： | APFC在电动汽车充电机中的应用研究 |
| 关键词： | 电动汽车;充电机;有效功率因数校正技术;仿真模型 |
| 摘要： | 近年来，随着电力电子技术的不断进步，大量电力电子设备的接入给电网带来了一系列严重的问题。电源作为电力电子设备最重要的组成部分之一，其品质的优劣对用电设备的性能会产生很大的影响。开关电源自产生以来，给人们的生活带来了很大的方便，同时也因为自身的非线性和低功率因数等特点使电网的谐波污染更加严重。APFC技术能够减小输入电流的谐波含量，提高开关电源的功率因数，因此越来越受到人们的重视。APFC技术的研究有利于推动我国开关电源的全面市场化，以及我国的电力电子器件走向国际。 本论文结合3500W电动汽车充电机项目，研究采用平均电流控制的Boost型APFC电路原理。首先对电动汽车充电机的电路结构进行总体分析，对前级APFC的原理与后级DC/DC级的原理进行详细地分析。分析三种常见的电流控制方式，对其特点和存在的输出纹波和输入谐波的问题进行研究。对于DC/DC级，采用基频分量法对LLC谐振变换器建立小信号模型，得到小信号模型和直流增益函数。分析直流增益函数随参数的变化情况，进一步研究谐振变换器的参数设计方法。 然后对APFC主电路与控制电路进行了大量的参数计算，主电路主要是升压电感、输出电容、采样电阻的计算，控制电路主要是外围电路、电压调节器、电流调节器的参数计算。其中外围电路又包括前馈滤波电路、振荡器和峰值限流电路，最后得到完整的仿真电路的参数。采用SIMetrix/SIMPLIS软件搭建仿真电路模型并进行仿真，仿真结果达到了预设定指标，表明本文建立的模型的正确性。在初步设计参数的基础上，分别对主电路与控制电路进行小信号建模，得到系统完整的小信号模型。以相角裕度、幅值裕度等指标为约束条件，分别选取剪切频率与纹波增益为目标函数，建立电流环和电压环的优化数学模型，采用遗传算法对电压环和电流环优化数学模型进行求解。优化后的电压环与电流环在稳定性方面有了提高，而且电流环对噪声的抑制能力与电压环对纹波的抑制能力都加强了。 在此基础上，搭建了实验电路并进行调试，主要分析研究了APFC电路实现过程中出现的各种问题和解决方法，实验结果表明本文设计的实验电路输出电压稳定在直流400V左右，输入电流能够严格跟踪输入电压波形，提高了电路的功率因数。接着改进了主电路的拓扑结构，采用结构简单、升压比高的带抽头电感的Boost型APFC电路，有效地解决了功率开关管的冲击电流和二极管的结温问题。 最后，根据输入输出指标对后级的LLC谐振变换器的电路参数进行设计，在SIMetrix仿真软件中搭建基于芯片UCC25600的仿真模型，验证变换器能够在输出200V至500V之间有效地工作，提高了电路的效率。 |
| 作者： | 谢姝 |
| 专业： | 电力电子与电力传动 |
| 导师： | 杨志坚 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 山东大学 |
| 学位年度： | 2015 |
| 正文语种： | 中文 |
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