论文总字数：18124字

摘 要

伴随着人类社会的不断发展，煤炭、石油天然气等不可再生能源的大量使用，不可避免的会出现能源危机以及伴随而来的环境污染问题。为了解决这些问题，如何发掘和使用新能源成为了当务之急，而新能源电动汽车正是其中的重要解决方案，新能源电动汽车使用清洁能源电能，同时没有尾气排放，能有效解决传统汽车对环境的污染问题和缓解能源枯竭现象。在新能源电动汽车技术组成中车载充电器是其中重要技术组成部分，性能优越的车载充电器能给电动汽车车载蓄电池提供优质的电能，提高用电效率，同时减少对电网的污染。电动汽车车载充电器内部结构主要包括前端AC-DC变换器和后端DC-DC变换器。对于前端AC-DC部分，本次设计采用两相交错并联Boost-PFC电路，实现将外部交流电整流为输出稳定的直流电并实现高功率因数控制等功能。采用平均电流控制法对其进行控制，使其工作在CCM模式下，并且使用UCC28070芯片作为两相交错并联Boost-PFC电路的控制芯片。对于后端DC-DC部分采用半桥LLC谐振变换器，对前端AC-DC部分输出的直流电压、电流进行相关的变换与控制，从而输出能够用于直接给蓄电池进行充电的直流电，采用UCC25600作为控制芯片对其进行控制。最终通过仿真软件分别对其进行仿真，验证设计方案的正确性，达到充电器的高效率、高功率浓密度、良好可靠性以及延长蓄电池使用寿命的目的。

关键词：电动汽车；PFC；半桥LLC；UCC28070；UCC25600；

Abstract

With the continuous development of human society, the massive use of non-renewable energy sources such as coal and oil and gas will inevitably lead to an energy crisis and the accompanying environmental pollution problems. In order to solve these problems, how to discover and use new energy has become a top priority, and new energy electric vehicles are one of the important solutions. New energy electric vehicles use clean energy electricity and have no exhaust emissions, which can effectively solve the environmental impact of traditional vehicles. Pollution problems and mitigation of energy depletion. In the technical composition of new energy electric vehicles, on-board chargers are an important part of technology. Car chargers with superior performance can provide high-quality electric energy to on-board batteries of electric vehicles, improve power efficiency, and reduce pollution to the power grid. The internal structure of the electric vehicle car charger mainly includes a front-end AC-DC converter and a back-end DC-DC converter. For the front-end AC-DC part, this design uses a two-phase interleaved parallel Boost-PFC circuit to achieve the function of rectifying external AC power to output stable DC power and achieving high power factor control. The average current control method is used to control it to work in CCM mode, and the UCC28070 chip is used as the control chip of the two-phase interleaved parallel Boost-PFC circuit. For the back-end DC-DC part, a half-bridge LLC resonant converter is used to convert and control the DC voltage and current output by the front-end AC-DC part, so that the output can be used to directly charge the battery. UCC25600 is used as The control chip controls it. Finally, they were simulated separately through simulation software to verify the correctness of the design scheme, so as to achieve the purpose of high efficiency, high power density, good reliability and extended battery life of the charger.

Key Words：Electric vehicle；PFC；Half-bridge LLC；UCC28070；UCC25600

目 录

第1章 绪论 1

1.1 目的及意义 1

1.1.1 选题背景及意义 1

1.1.2 车载充电器国内外研究现状 1

1.2 研究（设计）的目标、基本内容 2

1.2.1 研究（设计）的目标 2

1.2.2 研究（设计）的基本内容 3

第2章 轻型电动汽车车载充电器整体设计方案 4

第3章 车载充电器PFC电路 5

3.1 单相Boost-PFC电路 5

3.2 两相交错并联Boost-PFC电路 6

3.2.1 拓扑结构及工作原理分析 6

3.2.2 理论分析 6

3.3 控制策略分析 8

3.3.1 控制方法选择 8

3.3.2 控制电路分析 9

3.3.3 控制芯片 12

3.4 参数计算 13

第4章 车载充电器半桥LLC谐振变换器 15

4.1 半桥LLC 谐振变换器拓扑结构及工作原理 15

4.2 基于FHA的半桥LLC谐振变换器稳态模型 17

4.3 半桥LLC参数设计 20

第5章 仿真验证 22

5.1 两相交错并联Boost-PFC电路仿真 22

5.1.1 UCC28070 23

5.1.2 两相交错并联Boost-PFC电路仿真方案 23

5.1.3 两相交错并联Boost-PFC电路仿真结果 24

5.2 半桥LLC谐振变换器仿真 24

5.2.1 UCC28070 25

5.2.2 半桥LLC谐振变换器仿真方案 26

5.2.3 半桥LLC谐振变换器仿真结果 27

第6章总结 29

参考文献 30

致 谢 31

2. 绪论

1.1 研究目的、意义及研究现状

1.1.1研究的背景及意义

随着经济社会的不断发展和人民生活水平的不断提升，我国已经是目前世界上最大的汽车市场。不管是经济的快速发展还是汽车市场规模的不断增大，对那能源和环境的压力都越来越大。新能源电动汽车使用电能可以减少对石油等常规不可再生能源的使用，而且新能源电动汽车没有尾气排放也能减少对于环境的污染。面对这种情况我国政府也制定了相应的推广政策，投入了大量资源用于研发、生产和推广新能源汽车，并且在纯电动汽车领域已达到世界先进水平。

在政府的鼓励和大量技术人才的不断努力下，不论是新能源汽车的生产还是销售，我国都已经在世界各国中遥遥领先。新能源汽车在我国汽车市场中占有的份额也越来越重，新能源汽车已经渐渐成为我们生活中常见甚至必须的一部分组成，而纯电动汽车正是其中被应用最多的一部分。

在新能源电动汽车市场中，轻型电动车（LEV）由于以下几大优势成为了其中日趋重要的部分。第一：轻型电动车相比于传统汽车和其他新能源电动汽车的价格相对低廉，初始投入成本较低。第二：通过专用充电设备，轻型电动车能够通过标准电网直接经营充电，其运行和维护成本较其他汽车来讲也占有优势。第三：轻型电动车有各种各样的应用形式，包括电动自行车，电动摩托车，电动三轮车在内的多种形式能适应各种场所，实现不同人们的不同需求。此外，轻型电动车驾驶难度较小，容易上手操作，同时风险也比较低，甚至不需要申请驾驶执照。在未来几年，伴随着人工智能等技术的不断发展，轻型电动车还将具备当今众多高端电动车所具备的一些自动化智能功能。轻型电动车保有量的增多提高了对车载充电器的技术要求。本文也正是基于此，对轻型电动车（LEV）车载充电器进行研究和设计。

1.1.2车载充电器国内外研究现状

电动汽车充电装置可分为非车载型充电器和车载型充电器，它们的不同之处在于安装位置的不同。非车载型充电器一般固定安装在马路边，公共停车场等公众场所，非车载型充电器又分为交流充电桩和直流充电桩两种。直流充电桩可以直接给电动汽车蓄电池进行充电。而交流充电桩实际上就是一个电网接口，提供220V单相交流电（AC）或380V三相交流电（AC），不能直接给蓄电池充电。车载充电器则是固定安装在新能源电动汽车内部，将公共电网题供的市电（AC）变换为可以直接给电动汽车蓄电池充电的直流电（DC）。由于安装在电动汽车内部，车载充电器受限于内部空间，要求车载充电器需要达到小型化、轻量化、高功率密度等多方面要求。同时由于车载充电器直接和公共电网相连，为避免污染电网，要求车载充电器需要达到高功率因数、低谐波水平的要求。

随着新能源电动汽车技术的不断发展和成熟，目前国内有许多电气电子企业致力于研制新能源电动汽车车载充电器。以杭州铁成科技为例，该公司生产的CDU CD-L系列车载充电器，输入为电压范围：90-264V，频率范围：45-65Hz的单相交流电压。额定功率1KW/1.5KW，峰值功率1.2KW/1.8KW，可持续6分钟。额定输出电压14V（DC），额定输出电流72A/108A。满载效率＞93%，功率因数≥0.99。

国外也有很多电气企业涉足车载充电器业务,提供了大量车载充电器解决方案。大多采用两级式结构，输入电压为85-265V的单相交流电或360-440V的三相交流电，电压频率一般在45-65Hz。输出的直流电的电压范围和电流范围跨度都比较大，功率等级也从1千瓦到10千瓦不等。但都具有输出电压波纹系数小，高功率密度，好功率因数，满载效率高，谐波失真小等特点。

同时，许多国内外致力于电力电子、开关电源等研究方向的科研人员把研究重点也放在了车载充电器的研制上。

文献[7]设计了一款采用数字控制的两级式车载充电器方案。前级采用Boost-PFC电路，研究了一种占空比预测PFC控制算法。后级采用全桥LLC谐振变换器，设计了磁集成变压器。

文献[17]设计了一款两级式车载充电器前级采用Boost-PFC电路实现有源功率因数校正APFC并实现AC-DC功能，后级选用半桥LLC谐振变换器作为DC-DC环节，并通过NEC单片机和半桥控制芯片8G2525实现对车载充电器的控制。最终完成了功率等级为4.2 kW，输出电压为72V的车载充电器的样机制作。

1.2 研究（设计）的目标、基本内容

1.2.1研究（设计）的目标

本次设计的主要目标：设计一款小功率的AC-DC电源，作为轻型电动汽车的充电器。要求输入电压为AC220V/50Hz，输出功率为345W，57.6V/6A, 并且具有功率因数校正环节且功率因数达到0.9以上。完成车载充电器的主电路拓扑结构设计并确定功率因数校正环节和相应控制策略，在利用仿真软件完成系统仿真验证设计的正确性。

1.2.2研究（设计）的基本内容

本文的主要内容：首先确定了采用一个两级式的设计方案，前端AC-DC变换器采用两相交错并联Boost-PFC电路，后端DC-DC变换器采用半桥LLC谐振变换器。接着对两相交错并联Boost-PFC电路进行设计，分析了两相交错并联Boost-PFC电路工作原理和拓扑结构，确定了控制策略和控制芯片（UCC28070）。其次分析半桥LLC谐振变换器拓扑结构和工作特性确定了其谐振频率，采用UCC25600作为后级DC-DC部分的控制芯片，根据设计的要求完成了参数设计。最后在仿真软件上分别对其进行了仿真，验证了实验方案的正确性。

本文的章节安排：

第1章：阐述了论文的选题背景并对国内外电动汽车充电器研究现状进行了调研，以及本次设计的基本目标。

第2章：在对车载充电器技术有了一定了解后，决定采用两级式功率变换结构作为本次设计的整体方案，确定了车载充电器的整体电路结构。

第3章：分析前级两相交错并联Boost-PFC电路的拓扑机构和工作原理，对主电路进行参数设计，确定采用平均电流控制法，使用UCC28070作为控制芯片。

第4章：分析后级半桥LLC谐振变换器的拓扑机构和工作特性，以此确定谐振频率。根据设计要求对主电路进行参数设计，确定使用UCC25600作为控制芯片。

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