基于STM32的电动车LLC谐振充电电源系统研究

发布时间：2017-10-01 16:33

  本文关键词：基于STM32的电动车LLC谐振充电电源系统研究

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【摘要】：随着低碳环保席卷全球,电动车充电电源已成为国内外研究的热点。由于性能稳定、价格便宜,国内大部分的电动车动力电池都采用铅酸蓄电池。传统电动车铅酸蓄电池充电方式较为陈旧,充电方式多为恒压或恒流,不符合电池充电曲线,易损坏电池;且充电电源工作于传统PWM控制方式下,开关器件大部分时间工作在硬开关状态,限制了充电电源的效率,也带来了严重的电磁污染。为了克服传统电动车充电电源的不足,本论文在广东省科技计划项目(2013B010402002)的资助下,提出一种基于STM32的电动车LLC谐振充电电源系统,并对其特征和应用进行研究。论文首先分析了电动车铅酸蓄电池特性和充电方法,叙述了LLC谐振充电电源系统及其控制方案,进而完善了充电电源系统的总体技术方案。选取适合于电动车铅酸蓄电池充电电源要求的LLC谐振主电路拓扑和四阶段+正负脉冲控制方案。对LLC谐振充电电源系统的主电路进行设计,主电路采用全桥LLC谐振电路,使充电电源始终工作于原边MOSFET功率开关管零电压开通和副边整流二极管零电流关断软开关状态;根据充电电源需求,计算主电路元器件参数并选型,并利用Saber仿真,验证主电路的可行性。设计以STM32为核心的数字化控制系统的硬件控制电路和时序控制程序,充电电源采用数字化PFM防积分饱和PI控制,配合电压电流反馈电路、MOSFET功率开关管驱动电路、正负脉冲生成电路和电池状态判断电路等辅助电路,实现LLC谐振主电路的数字化控制。控制系统采用小电流激活→正负脉冲→恒压减流→涓流浮充的四阶段时序,以及正负脉冲产生时序,故障保护时序,实现了基于STM32的电动车LLC谐振充电电源系统的数字化控制。对所研制的LLC谐振充电电源进行了模拟负载试验以及铅酸蓄电池充电试验。试验结果表明所研制的基于STM32的电动车LLC谐振充电电源系统能够全程实现LLC谐振主电路的软开关状态,提高转换效率,结合电池的充电曲线并使用四阶段+正负脉冲充电方式,可以减少过充电及析气极化现象,保护电池,提高充电速度。
【关键词】：充电电源 STM32 LLC 谐振 电动车
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U469.72
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 课题背景及研究意义11-12
• 1.1.1 课题背景11
• 1.1.2 研究意义11-12
• 1.2 国内外的研究现状12-18
• 1.2.1 电动车充电电源国内外的现状12-14
• 1.2.2 电动车电池充电方法现状14-15
• 1.2.3 充电电源主电路现状15-16
• 1.2.4 充电电源控制系统现状16-17
• 1.2.5 充电电源目前存在的问题17-18
• 1.3 本课题主要研究内容18-19
• 第二章 LLC谐振充电电源系统特性及总体技术方案19-26
• 2.1 充电电源的充电特性19-21
• 2.1.1 动力铅酸蓄电池特性19-20
• 2.1.2 铅酸蓄电池充电方法20-21
• 2.2 充电电源系统技术方案21-22
• 2.3 充电电源及其控制系统方案22-25
• 2.3.1 主电路拓扑选择22-24
• 2.3.2 LLC谐振充电电源控制方案24-25
• 2.4 本章小结25-26
• 第三章 LLC谐振充电电源系统主电路设计26-41
• 3.1 主电路原理26-34
• 3.1.1 LLC谐振电路原理26-29
• 3.1.2 主电路工作过程分析29-34
• 3.2 LLC谐振全桥变换器参数设计34-36
• 3.3 全桥LLC谐振主电路Saber仿真36-40
• 3.4 主电路板40
• 3.5 本章小结40-41
• 第四章 充电电源控制系统硬件设计41-54
• 4.1 控制系统要求41
• 4.2 STM32控制系统41-43
• 4.3 控制系统硬件设计43-51
• 4.3.1 STM32选型43-45
• 4.3.2 电压电流信号采样电路45-47
• 4.3.3 MOSFET功率开关管栅极驱动电路47-49
• 4.3.4 正负脉冲生成电路49-50
• 4.3.5 电池状态判断电路50-51
• 4.4 控制系统硬件抗干扰设计51-52
• 4.5 控制电路板52-53
• 4.6 本章小结53-54
• 第五章 充电电源控制系统的软件设计54-64
• 5.1 控制系统软件主程序流程54-55
• 5.2 谐振软开关PFM变频信号的全软件生成55-57
• 5.3 控制系统主要软件的设计57-62
• 5.3.1 充电电压电流防积分饱和PI算法57-59
• 5.3.2 四阶段+正负脉冲充电时序程序设计59-61
• 5.3.3 故障保护程序设计61-62
• 5.4 软件抗干扰设计62-63
• 5.5 本章小结63-64
• 第六章 LLC谐振充电电源试验研究64-77
• 6.1 LLC谐振充电电源的模拟负载试验研究64-72
• 6.1.1 试验平台构建64-65
• 6.1.2 充电电源恒压恒流外特性测试65-66
• 6.1.3 LLC谐振充电电源模拟负载试验66-72
• 6.2 LLC谐振充电电源充电试验研究72-76
• 6.2.1 试验平台的组成72-73
• 6.2.2 LLC谐振充电电源电池充电试验73-76
• 6.3 本章小结76-77
• 结论77-79
• 参考文献79-85
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果85-86
• 致谢86-87
• 附件87

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本文编号：954532