电动汽车车载智能快速充电器的研究与设计

2.2.1 电路主变换拓扑结构的选择

在开关电源的各种变换拓扑中， 半桥变换以其输出功率大、结构简单、开关器件少、实现同等功率变换的成本较低且抗磁通不平衡能力强等优点，成为该充电器结构设计的首选。半桥电路由两只数值相等、容量较大的高压电容器组成一个分压电路， 通过控制一个桥臂上两个开关管交替导通和截止， 在变压器原边产生高压开关脉冲， 从而在副边感应出交变的方波， 实现功率转换。该电路拓扑的一个突出优点是阻断电容C3 的连接使其具有抗磁通不平衡能力， 有效防止磁偏。同时将变压器初级侧的漏感尖峰电压钳位于直流母线电压， 将漏感存储的能量归还到输入母线， 而不是消耗于电阻元件。

2.2.2 高频变压器的设计

由220V 的交流输入经过前级的APFC 变换电路后， 得到380V 输出电压， 同时该输出电压也是后级DC-DC变换的输入电压。在变压器的作用下，原边电压是190V, 副边输出电压是109V, 参考有关的设计资料， 具体计算如下：

①初级绕组匝数：

式中： D 为变压器最大占空比; fs 为开关频率; N1为初级绕组匝数; Uin为变压器初级输入电压幅值;Ton为初级输入脉冲电压宽度。实际中初级绕组匝数取10匝。

②次级绕组匝数：

式中：n 为初级绕组与次级绕组的匝数比; Uout为变压器副边输出电压; N2 为计算所得次级绕组匝数，且该变压器为中心抽头型， 实际中均取为6匝。

实际中选用软磁铁氧体PM87磁芯， 材质为南京新康达公司的LP3材料。原边10匝， 副边6匝， 采用多根Φ0.55的高强度漆包线并绕(原边21根并绕，副边17根并绕); 绕制工艺采用原副边交叉绕(两段式全包)， 可实现变压器的紧密耦合， 减小漏感。

2.2.3 半桥变换器功率管的选择

设计中，采用半桥式拓扑，开关管Q1 和Q2上的电压即为变换器的输入电压，有下式成立：

二极管D2 和D6 上的电压为：

整流二极管D3 和D5 上的电压为：

流过开关管的最大电流值为：

式中： Io 为负载电流; L f 为变压器原边漏感。

图4半桥变换器驱动波形的产生示意图