電動汽車非車載式充電機(jī)系統(tǒng)研制

摘 要： 針對我國電動汽車成為國家十二五重點(diǎn)發(fā)展戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的實(shí)際情況，為了實(shí)現(xiàn)基于IGBT器件的非車載充電機(jī)，采用了ADUC813為控制板核心、模塊化設(shè)計的方案，主回路電路采用國產(chǎn)IGBT器件作為逆變控制器件，控制板電路包括信號采集、反饋及UCC3895移相控制電路， 采用ZVSZCS軟開關(guān)技術(shù)降低開通損耗，解決了IGBT器件的電流拖尾，提高電路效率，通過試驗(yàn)采集ZVZCS波形結(jié)果，驗(yàn)證了該系統(tǒng)方案滿足研制要求。

關(guān)鍵詞： 電動汽車； IGBT； 非車載充電機(jī)； ZVSZCS

中圖分類號： TN710?34； U469.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）08?0169?02

目前隨著能源消耗日益增多，綠色節(jié)能逐漸受到全球的重視，歐美等國家大力發(fā)展新能源，大力扶持新能源汽車的發(fā)展，在國內(nèi)節(jié)能減排已成為我國汽車工業(yè)發(fā)展的首要任務(wù)，發(fā)展電動汽車被列入我國“十二五”汽車工業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向[1?2]。作為推動電動汽車發(fā)展的重要因素，電動汽車充電站這一基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)顯得尤為重要，沒有充電站就相當(dāng)于現(xiàn)在沒有加油站，充電站的建設(shè)對于提供電動汽車遠(yuǎn)程旅行，提高續(xù)航里程，具有非常重要的作用。而作為充電站的核心，非車載直流充電機(jī)是必不可少的。

1 方案設(shè)計

本非車載充電機(jī)系統(tǒng)由控制板、主回路、顯示單元及通信系統(tǒng)等組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

1.1 主回路電路部分

該電路部分包括了濾波、整流、逆變等所有的功率器件，通過插針接收主控制板傳送的控制信號實(shí)現(xiàn)電壓、電流的控制，并將采集到的信號傳送給主控制板，該板還包括了給所有控制回路供電的輔助電源。前端濾波校正電路。該電路包括前端整理、濾波、穩(wěn)壓、功率因素校正電路，整流電路采用電容輸入性，三相全波整流方式，為了限制啟動時電容的充電電流，防止損壞保險和其他器件，需要設(shè)置軟啟動電路。沖擊電流采用在PFC電感兩端并接一壓敏電阻，以限制因沖擊電流過大導(dǎo)致PFC電感兩端的感應(yīng)電壓，從而達(dá)到抑制沖擊電流的目的。高頻逆變電路。設(shè)計充電機(jī)功率為10 kW，采用了國內(nèi)知名半導(dǎo)體企業(yè)設(shè)計的1 200 V 25 A IGBT單管，目前在5 kW以下的充電機(jī)中，主要采用小功率功率場效應(yīng)管等器件進(jìn)行主回路逆變部分的設(shè)計，而在10 kW充電設(shè)備中，功率場效應(yīng)管器件已經(jīng)無法滿足使用要求，需要高電壓大功率IGBT器件來設(shè)計大功率充電機(jī)逆變部分。IGBT屬于全控型器件，集載流能力大、承受電壓高等優(yōu)點(diǎn)于一身[3]，所以采用IGBT設(shè)計高頻逆變部分對于目前規(guī)模較大充電站設(shè)計來說是必不可少的器件。高頻逆變環(huán)節(jié)是充電機(jī)模塊的核心部分，該部分采用移相全橋軟開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，開關(guān)器件的選型、主變壓器和諧振電感的設(shè)計及吸收緩沖電路的設(shè)計是關(guān)鍵技術(shù)之一。ZVSZCS。軟開關(guān)全橋變換電路作為目前中大功率應(yīng)用場合的首選拓?fù)洌恢笔茄芯咳藛T關(guān)注的熱點(diǎn)[4]。

近年來，國內(nèi)外相繼提出了多種適用于中大功率應(yīng)用場合的全橋軟開關(guān)技術(shù)，大致可以分為三類[5]：全橋零電壓開關(guān)PWM變換器、全橋零電流開關(guān)PWM變換器和全橋零電壓零電流PWM變換器。本充電機(jī)設(shè)計采用了移相全橋ZVSZCS軟開關(guān)技術(shù)，超前臂利用諧振電感及并聯(lián)電容的充放電過程，為ZVS創(chuàng)造條件[5]，滯后臂的零電流關(guān)斷需要原邊電流盡快地復(fù)位，原邊電流越大，電流復(fù)位就越困難，采用禍合電感給箱位電容充電的方式實(shí)現(xiàn)ZCS關(guān)斷[6]。

1.2 主控制板電路部分

該板以ADUC831作為中央控制CPU，完成各模擬量的采集，控制量的輸入/輸出，鍵盤、顯示及通信等系統(tǒng)主要功能，并控制UC3895實(shí)現(xiàn)全橋軟開關(guān)的脈寬調(diào)制（PWM）。UCC3895及外圍信號處理電路。UCC3895是德州儀器公司生產(chǎn)的一種移相諧振全橋軟開關(guān)集成控制芯片，該控制芯片最高工作頻率可達(dá)1 MHz，占空比控制范圍可在0%～100%范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。由于芯片采用了BCDMOS工藝技術(shù)，與其他軟開關(guān)控制芯片相比，偏置電流顯著降低，功耗更小，因而更加符合電力電子裝置高效率、高頻率、高可靠的發(fā)展要求[7]。電壓電流檢測電路。電壓電流檢測電路檢測主回路的輸出電壓和電流，并與給定值進(jìn)行比較對三相移相PWM控制器的輸出脈沖進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而達(dá)到調(diào)整主回路輸出電壓、電流的目的。ADUC813及外圍電路?？刂瓢宀捎妹绹M器件公司Analog Devices的Aduc813有全集成12位數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，單個芯片有自校準(zhǔn)8通道ADC、MCU內(nèi)核和模擬轉(zhuǎn)換器，二者都有正常、空閑及掉電工作模式，它提供了適合于低功率應(yīng)用的靈活的電源管理方案。該電路主要采集電壓電流信號和輸出電壓電流給定信號。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)論

在10 kW非車載充電機(jī)工程樣機(jī)開發(fā)完成后，進(jìn)行了系統(tǒng)的調(diào)試與實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

在此分析了超前橋臂開關(guān)管零電壓開關(guān)和滯后橋臂開關(guān)管零電流開關(guān)的實(shí)現(xiàn)情況，測定了滿載時的效率，采用國產(chǎn)IGBT，綠色為IGBT驅(qū)動波形，黃色為滯后臂下管CE之間電壓，紫色為Ip電流，通過采集波形可看到完全實(shí)現(xiàn)了ZVSZCS，效率達(dá)到了94%。

3 結(jié) 語

該系統(tǒng)經(jīng)過測試輸出電壓電流滿足設(shè)計參數(shù)要求，為現(xiàn)階段電動汽車普及推廣注入新的技術(shù)支持，為國家下一步電動汽車基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)提供更多解決方案。

參考文獻(xiàn)

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