摘 要

在当今节能与环保的社会主题下，大力发展电动汽车成为解决能源与环境问题的有效方法。车载充电机是安装在电动汽车上，将交流电转换为直流电，为汽车动力电池充电的电力电子设备。

本文根据国家相关标准与行业发展现状，设计了一款功率为5kW车载充电机。分析对比了不同拓扑结构，设计了前级为交错并联Boost PFC结构，后级为Buck结构的车载充电机，将平均电流法控制方式应用于电路的控制中，能够实现对电动汽车动力电池合理地充电。在详细分析了前级功率因数校正电路与后级DC-DC变换器的工作原理，设计了电路参数与控制方式后，用Simulink进行了仿真。

设计的车载充电机能够实现对蓄电池进行阶段性充电，充电时的功率因数、充电效率、输出电流与电压纹波等都能够满足设计要求。

关键词： 车载充电机；交错并联Boost PFC； Buck；平均电流控制

Abstract

Under the theme of energy saving and environmental protection, the development of electric vehicles has become an effective way to solve energy and environmental problems. Car charger, installed in the electric car, converts AC power to direct current. It is a power electronic equipment to charge the car power battery.

According to the relevant national standards and industry development status, the dissertation designed a 5kW car charger. After comparing different topologies, the dissertation selected and designed the preloaded parallel Boost PFC structure and the post-stage Buck structure. The average current method is applied to the control of the circuit, which can be effective and reasonable for the electric vehicle charger. The dissertation analyzed the working principle of the pre-stage power factor correction circuit and the post-stage DC-DC converter, and designed the circuit parameters and control methods. Then, Simulink is used to simulate and verify the feasibility of the design.

The design of the car charger can be carried out on the battery stage charging, and charging power factor, charging efficiency, output current and voltage ripple are also able to meet the design requirements.

Key Words： Electric vehicle charger; Interleaving Boost PFC; Buck; Average current control

目录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1 课题的研究背景 1

1.2 充电机的发展现状 1

1.2.1 充电机的分类 1

1.2.2 充电机充电方法 2

1.3 车载充电机的技术要求 3

1.4 本论文的预期目标与研究内容 4

第2章 车载充电机的整体结构 5

2.1 车载充电机的设计要求 5

2.2 车载充电机的整体结构 5

2.3 APFC变换器的电路拓扑与控制方式的选择 6

2.3.1 拓扑结构的选择 6

2.3.2 控制方式的选择 8

2.4 DC-DC变换器的拓扑与控制 8

2.5 车载充电机的整体主电路图 9

2.6 本章小结 9

第3章 交错并联Boost PFC的设计 10

3.1 传统Boost PFC的电路分析 10

3.2 交错并联Boost PFC电路的分析 10

3.2.1 工作状态的分析 11

3.2.2 输入电流纹波分析 13

3.3 交错并联Boost PFC的数字控制器的设计 14

3.4 交错并联Boost PFC的参数设计 14

3.5 交错并联Boost PFC的仿真 17

3.5.1 仿真模型的搭建 17

3.5.2 仿真结果与分析 18

3.6 本章小结 19

第4章 Buck变换器的设计 20

4.1 Buck变换器的原理分析 20

4.2 Buck变换器的数字控制器的设计 22

4.3 Buck电路的参数设计 22

4.4 Buck电路的仿真 23

4.4.1 仿真模型的搭建 23

4.4.2 仿真结果与分析 24

4.5 本章小结 26

第5章 车载充电机的整体仿真与分析 27

5.1 整体仿真图 27

5.2 仿真结果与分析 27

5.3 本章小结 31

结论 32

参考文献 33

致谢 35

第1章 绪论

1.1 课题的研究背景

随着中国经济与科技的腾飞，我国人民的生活水不断提高，中国早已成为世界上最大的汽车市场与生产国，汽车已然成为居民日常生活的必需品。据中国汽车工业协会发布的统计数据显示，2016年我国的汽车销量增长较快，总销量再次创造了历史新高。2016年全年，中国的汽销量为2802.8万辆，相较上年同期增长了。

然而，汽车带来的能源与环境问题也不容忽视。传统汽车消耗了大量的柴油、汽油等燃料，其排放的尾气中包含大量有毒有害气体，造成了严重的大气污染，近年来中国日益严重的雾霾天气也与其有着紧密的联系。此外，石油作为不可再生的化石能源，在长期的大规模开采后，也将面临消耗殆尽的命运。中国化石能源储量较为匮乏，为了拓宽我国能源的供需渠道，保证能源安全，提高人民生活水平，保障中华民族伟大复兴的中国梦的实现，必须寻求行之有效的解决方法，以缓解当前能源与环境问题。

相较于燃油类汽车，电动汽车绿色环保且能源利用率较高，成为目前汽车行业的研究热点。发展电动汽车也成为落实国家能源战略、大气污染防治计划和节能减排政策的重大战略举，是我国从汽车大国迈向汽车强国的必由之路。