基于移相全桥变换器的车载电源设计

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随着国内新能源汽车行业的不断蓬勃发展,开关电源凭借其效率相对更高、体积相对较小、重量相对较轻的优点,逐渐取代线性电源,在车载电源充电机市场具有广泛的应用价值以及发展前景。
  选择移相全桥DC-DC变换器作为车载电源充电机的主拓扑,简要地分析了传统移相全桥 DC-DC 变换器的工作原理、控制策略等关键性问题,并以此建立了移相全桥DC-DC 变换器的小信号模型。搭建了平均电流控制模式下的车载电源充电机双环数字化控制系统,对电流内环、电压外环的数字化PI参数进行整定并使用MATLAB/Simulink进行仿真,在此基础上对传统的模拟控制方式进行改进,设计了车载电源充电机的数字化控制系统。
  针对传统移相全桥DC-DC变换器的滞后桥臂难以实现ZVS的缺点以及辅助电源网络无法实现无功电流量控制的问题,提出了以开关管占空比和移相角作为控制变量的多变量控制技术和基于多变量控制技术的PWM控制策略。
  根据车载电源充电机的功能以及实际运行要求,设计了车载电源充电机的硬件控制系统,硬件控制系统由主电路及控制电路两部分组成。主电路包括电源输入、APFC电路和功率电路;控制电路包括辅助电源电路、主控芯片、PWM 驱动电路、采样电路、LED与继电器控制电路、原边电流保护电路与通信电路。
  根据车载电源充电机的实际运行要求,设计了基于 DSP 的车载电源充电机软件控制系统。软件控制系统根据功能的差异分为配置函数以及功能函数两个部分。整定后的双环PI控制函数实现了车载电源充电机的稳定调节。
  在搭建的实验平台上对车载电源充电机的样机进行测试。利用示波器分别观测了驱动信号波形、稳态下的原边电流波形、输出短路状态下的原边电流波形、输出电压响应波形,并对车载电源充电机的软启动功能、过流保护功能、输出电压电流低频振荡、输入冲击电流以及充电机的效率、功率因数与谐波失真进行测试。通过测试校验了仿真结果,验证了硬件控制系统与软件控制系统的合理性。
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