纯电动汽车充电系统设计与研究(上)

1 充电系统的方案
本文根据某款纯电动汽车参数需求，匹配定义的车载 充电器的主要技术参数，见表1。
结合当前电动汽车电能供给的典型方式和充电电源的 发展状况，充电系统的设计如图1所示。整个电路采用了AC/DC-DC /DC 的设计结构，首先是220V 的交流市电经EMI滤 波、PFC校正电路变为390V 的直流，然后经DC /DC 半桥变 换及相应的控制电路，保证输出电流电压满足充电电池的 需求。其中PFC 控制电路主要由MOSFET管、Boost升压电 感、控制芯片ICE2PCS01以及直流滤波电容组成。DC /DC 变换采用半桥式拓扑，主要由高频变压器、MOSFET管以及 LC滤波电路组成。控制部分通过对蓄电池端电压、电流信 号的采集反馈，由SG3525产生双路PWM 波控制半桥拓扑中 MOSFET管的通断时间来控制充电电流和电压，其控制部分 还包括对电流、电压、温度的采集监测以及实时显示。

2 APFC电路设计
设 计 选 择 工 作 于 连 续 调 制 模 式 下 的 平 均 电 流 型 升 压 式 A P F C  电 路 来 实 现 。 具 体 的电 路 设 计 如 图 2 所 示 ， 控 制 芯 片 选 用 C E 2 P C S 0 1 由220V 的交流输入经过前级的APFC 变换电路后，得到380V 输出电压，同时该输出电压也是后级DC-DC变换的 输入电压。在变压器的作用下，原边电压是190V，副边输 出电压是109V。

表1   充电器主要技术参数

项目              参数
输入电压          AC220V±20%;50Hz
输出电压范围    220V～390V
输出恒流    10.5A
功率    3000W
源电压调整率    稳压≦0.2%
充电阶段    恒流→恒压
绝缘电阻    输入输出≧200MΩ
整机过热保护
温度阀值    65℃
绝缘强度    输入输出，AC1500V，
10mA，一分钟
冷却方式    自然冷却
工作环境温度    -40℃ ～65℃
工作湿度    ＜90%
工作效率    ＞94%
其它功能    带CAN总线接口，提供电
压、电流、充电进程信号。

图1   充电系统总体结构框图  

图2  有源功率因数校正电路

图3 半桥变换电路  

图4  充电器原理图

表2   总线报文结构

6 吸收回路及滤波回路的设计
为解决关断时器件的过压问题，在图3 中由D1、R1、C4 组成RCD缓冲器，通过减缓Q1漏源极电压的上升速度使下 降的电流波形同上升的电压波形之间的重叠尽量小，以达到 减小开关管损耗的目的。
同理由D4、R4、C8对Q2的关断过程进行保护。在输出整流二极管之后采用LC 滤波电路减小输出 电流电压纹波。滤波电感L1的作用是使负 载电流的波动减小，滤波电容C5的作用是 使输出电压的纹波减小。当负载突减时， 滤波电容储能；负载突增时，电容C5上的储能首先向负载补充能量，以减小输出电压的峰-峰值。

7 控制保护电路设计及功能
控制保护电路主要完成3个功能：(1)控制充电系统按照 当前的设定的输出电压电流值产生占空比可变的PWM波， 对开关管进行驱动， 实现功率变换； (2)当出现过压、 欠 压、过流、过温等故障时，控制充电电源的主回路停止工 作，从而将电源的损坏程度控制在最小范围；(3)在充放电 过程中，对相应的电压、电流、温度等参数实时显示。（未 完待续）