基于移相全桥电路的充电桩实现

发布时间：2017-10-29 19:03

  本文关键词：基于移相全桥电路的充电桩实现

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【摘要】：当今世界,能源极度紧缺,环境污染严重,特别是近几年来全球范围雾霾天气的增多,进一步表明了环境问题到了亟待解决的地步。究其原因,机动车排放的尾气是重要的污染物之一。使用清洁能源来代替传统的汽油、柴油,一方面缓解能源危机,另一方面可以减小对环境的污染程度。于是零排放、无污染的电动汽车日益成为全球关注的焦点,如何实现电动汽车的高效快速充电,成为业界的主要热点之一。综观电力电子系统中所常用的电路拓扑,发现移相全桥DC-DC变换器很适合大功率并且可以实现软开关,效率可以做的很高,是适合于电动汽车领域的。本文基于移相全桥电路研制了一款充电桩,其输出电流波形呈正弦纹波叠加恒流分量,理论上可以减小电池的交流阻抗从而提高充电桩对电池的充电效率。首先,本文详细介绍了电动汽车以及充电桩的发展现状,电池的充电方法以及软开关技术的应用。之后围绕移相全桥变换器的特点,分析了其基本工作原理以及关键的波形,并对其所存在的关键性问题进行了分析,包括占空比丢失、变压器副边电压震荡以及滞后臂软开关的实现等问题。特别是针对变压器副边的电压震荡问题,给出了具体的公式来计算吸收电路中的元件参数。然后,本文设计了充电桩电源的硬件电路和软件控制。硬件设计主要包括主电路功率器件的选型、磁性元件的设计、辅助电源的设计、采样电路的设计及驱动电路的设计等。同时,基于Buck电路的小信号模型和状态空间平均法对移相全桥电路进行了建模,在此模型的基础上,利用Matlab软件中的SISO组件完成了充电桩电流外环和电压内环的双闭环控制系统。之后,搭建了以DSP芯片TMS320F28027为核心的数字控制平台,并实现了移相控制、PI调节器、电路软启动、过压过流保护以及双闭环控制等功能。最后,利用PSIM仿真软件对充电桩电源分别进行了开环和闭环的仿真,给出了仿真波形。同时,设计了一款3kW的实验样机,并对样机的实验波形及测试数据进行了分析,验证了设计的正确性。本文基于移相全桥DC-DC变换器和DSP数字控制平台实现了充电桩的输出电流呈现正弦纹波叠加直流分量,这为下一步确定此正弦纹波大小和频率的最优值奠定了基础,并且也为更大功率的充电桩的研发提供了思路和方向,某种意义上推动了电动汽车充电桩的发展。
【关键词】：充电桩 移相全桥 DSP 双闭环系统
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM46
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-13
• 缩略语对照表13-16
• 第一章 绪论16-24
• 1.1 研究背景及现状16-17
• 1.2 充电桩的研究现状17-21
• 1.2.1 充电策略17-19
• 1.2.2 软开关技术的应用19-21
• 1.3 国内外充电桩发展现状21-22
• 1.4 本文的研究内容与主要工作22-24
• 第二章 移相全桥DC/DC变换器拓扑的研究24-36
• 2.1 移相全桥ZVS变换器的拓扑分析24-29
• 2.2 移相全桥ZVS变换器的设计考虑29-34
• 2.2.1 ZVS的实现29-30
• 2.2.2 占空比丢失30-31
• 2.2.3 副边整流二极管电压震荡31-34
• 2.3 本章小结34-36
• 第三章 充电桩主电路的设计实现36-48
• 3.1 主要技术指标36
• 3.2 各器件选型及相关参数计算36-43
• 3.2.1 全桥开关管的选择36
• 3.2.2 主功率变压器的设计36-39
• 3.2.3 隔直电容的选择39-40
• 3.2.4 谐振电感电容和死区时间的计算40-41
• 3.2.5 副边整流二极管的选择41
• 3.2.6 输出滤波LC的设计41-42
• 3.2.7 RCD的设计42-43
• 3.3 驱动电路的设计43-44
• 3.4 采样电路设计44-46
• 3.5 本章小结46-48
• 第四章 移相全桥充电桩的控制电路的设计与实现48-64
• 4.1 变换器小信号模型建立与分析48-54
• 4.1.1 Buck变换器小信号模型48-52
• 4.1.2 移相全桥变换器小信号模型分析52-54
• 4.2 DSP软件功能实现54-56
• 4.2.1 软件移相全桥生成原理54
• 4.2.2 PI调节器的实现54-56
• 4.3 充电桩的双闭环系统设计56-62
• 4.3.1 控制器参数的计算56-61
• 4.3.2 系统的软件实现流程61-62
• 4.4 本章总结62-64
• 第五章 仿真分析及其实验结果64-76
• 5.1 系统开、闭环仿真64-66
• 5.1.1 PSIM仿真软件64
• 5.1.2 系统开环仿真64-65
• 5.1.3 系统闭环仿真65-66
• 5.2 样机介绍以及实验结果66-73
• 5.2.1 样机介绍66-69
• 5.2.2 实验波形69-73
• 5.3 本章小结73-76
• 第六章 总结与展望76-78
• 参考文献78-82
• 致谢82-84
• 作者简介84-85

【参考文献】

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本文编号：1114240