電動(dòng)汽車(chē)車(chē)載充電器Boost PFC AC/DC變換器設計

　　確定電感量后，需選取合適的磁芯材料。APFC電路的升壓電感磁芯材料有：磁粉芯、鐵氧體磁芯和有隙非晶/微晶合金磁芯等。綜合分析，考慮鐵硅鋁磁粉芯的磁通密度(BS)高、體積小且不用開(kāi)氣隙的優(yōu)點(diǎn)，選擇鐵硅鋁磁粉芯作為磁芯材料。

　　當主電路電流很大時(shí)，電感會(huì )出現直流偏置，導致磁路飽和。電流越大，磁路飽和程度越大。故選擇電感磁芯時(shí)，需考慮磁路飽和的問(wèn)題。綜合考慮，選取型號為KS184060A的鐵硅鋁磁芯60匝，當磁路飽和程度最大時(shí)，電感量仍為110μH，略大于108μH.

　　3 PFC AC/DC變換器控制電路設計

　　控制電路采用雙閉環(huán)結構：外環(huán)為電壓環(huán)，內環(huán)為電流環(huán)，電流環(huán)控制主電路輸入電流跟蹤參考電流，實(shí)現功率因數校正。電壓環(huán)的輸出電壓與輸出參考電壓經(jīng)電壓誤差放大器比較后的輸出信號與前饋電壓和輸入電壓經(jīng)過(guò)乘法器運算，得到電流環(huán)的輸入參考電流。通過(guò)電流環(huán)的調節，產(chǎn)生主電路開(kāi)關(guān)管通斷的驅動(dòng)信號，實(shí)現系統功率因數校正且輸出穩定的直流電壓。乘法器的作用主要為信號相乘，此處，本文重點(diǎn)研究電壓環(huán)和電流環(huán)的設計。

　　3.1電壓環(huán)設計

　　電壓環(huán)的作用之一是將輸出電壓的變化反饋給電流環(huán);作用之二是將二次諧波電壓衰減到指定水平，以降低輸入電流的畸變。另外，由于輸出電容的充、放電，輸出紋波電壓滯后輸入電壓，故電壓環(huán)的設計尚需兼顧考慮有足夠的相移，以保證輸出電壓紋波與輸入電壓同相位。綜上可知，需設置合理的補償電路，使得電壓環(huán)能夠滿(mǎn)足上述條件。

　　無(wú)補償時(shí)，電壓環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數表達式為：

　　式中：Pin為輸入功率，△V為電壓誤差放大器輸出電壓范圍。電壓開(kāi)環(huán)傳遞函數的伯德圖如圖4中H曲線(xiàn)所示，二次諧波得不到衰減，導致輸入電流畸變變大，故需設置一個(gè)極點(diǎn)，使紋波電壓得到較好的衰減，同時(shí)將紋波電壓超前移相90°。

　　設計的補償電路傳遞函數為：

　　綜合考慮，配置極點(diǎn)頻率等于穿越頻率。此時(shí)，相位裕度為45°，系統穩定性較好，且二次諧波得到了較大的衰減。加入補償后的電壓環(huán)傳遞函數的伯德圖如圖4中N曲線(xiàn)所示，二次諧波獲得了較大的衰減，且紋波電壓超前相移90°。

　　圖4補償前、后的電壓環(huán)傳遞函數的伯德圖

　　3.2電流環(huán)設計

　　電流環(huán)的作用是調節主電路輸入電流，使之跟蹤主電路輸入電壓，實(shí)現高PF控制。電流環(huán)的設計思路是通過(guò)補償電路的合理設計，增加其響應速度，同時(shí)確保系統的穩定運行。

　　無(wú)補償電路時(shí)，電流環(huán)由PWM比較器和功率級組成，開(kāi)環(huán)傳遞函數表達式為：

　　電流開(kāi)環(huán)傳遞函數的伯德圖如圖5中H曲線(xiàn)所示，電流環(huán)帶寬很窄，且高頻噪聲得不到很好的抑制。為此，通過(guò)低頻處設置零點(diǎn)，提高低頻增益，增加帶寬;同時(shí)，在高頻處設置極點(diǎn)，抑制開(kāi)關(guān)噪音。設計的補償電路開(kāi)環(huán)傳遞函數為：

　　為此，選取合適的截止頻率，設定零點(diǎn)頻率以及極點(diǎn)頻率，使系統的相位裕度在45°以上，同時(shí)兼顧使電流環(huán)滿(mǎn)足高增益和大帶寬設計需求。設定截止頻率為6.65 kHz，零點(diǎn)頻率為4.5 kHz，極點(diǎn)頻率為46 kHz，相位裕度為48°，加入補償電路后電流環(huán)傳遞函數的伯德圖如圖5中N曲線(xiàn)所示，加入補償后的電流環(huán)在低頻處，系統帶寬較大;在高頻處，開(kāi)關(guān)噪聲獲得了較好的衰減;此外，系統相位裕度超過(guò)45°，能夠實(shí)現系統的穩定運行。

　　圖5補償前、后電流環(huán)傳遞函數的伯德圖