关键词：电动汽车;;AC/DC变换器;;直接功率控制;;全桥谐振;;PWM软开关;;对称控制
摘 要：能源短缺与环境恶化问题促进了全球电动汽车行业的飞速发展。纯电动汽车采用蓄电池作为其动力能源,通过蓄电池向电动机提供电能,驱动电动机运转,从而推动汽车行驶。因此,对储能电池充电技术的研究是推动新能源电动汽车推广的关键技术之一。本文在现有国内外文献提出的关于拓扑电路结构和控制方法的基础上,对新能源电动汽车车载充电电源的控制策略和拓扑结构进行了优化。首先,针对传统不可控AC/DC整流电路会产生大量谐波及无功功率,影响电网系统的电能质量并降低蓄电池充电效率和使用寿命的问题,本文采用三相电压型PWM整流桥作为车载充电电源的前端电路。通过详细地分析三相电压型PWM整流桥拓扑的工作原理、数学模型和能观性、能控性等性能,采用一种基于V~2的电流前馈直接功率改进控制方法。该种改进方法采用电压平方作为直接功率控制的外环,降低了整流电路的启动电流;引入负载电流前馈,减少了电压跟踪输出误差,同时,还提高了电路的动态性能。最后,通过在MATLAB软件中对前端整流器拓扑电路进行对比仿真,其结果波形表明:三相电压型PWM整流桥拓扑在改进直接功率控制策略下,不仅使网侧电流正弦化、单位功率因数运行、输出电压稳定,且相比于直接功率控制,其THD更低、系统跟踪性能更好,符合电动汽车车载充电电源后端电路的充电要求。同时,电动汽车车载充电电源后端采用DC/DC变换电路,通过比较分析各种谐振DC/DC变换电路拓扑结构的优缺点,采用了一种对称控制全桥谐振PWM软开关变换(FB-RPWM)作为后端变换器的拓扑结构。详细地分析了全桥谐振PWM软开关变换器的工作模式,对该种变换器的稳态特性进行分析,使变换器的电压传输比与负载、开关频率和占空比均无关,呈现出直直变换器特性;然后对其软开关工作条件进行分析,满足一定条件下,该变换器能够实现电路开关管的零电压开通和变压器二次侧输出二极管的零电流关断。FB-RPWM变换器中的变压器原边采用了隔直电容,使励磁电感电流的直流偏量为0,从而降低变压器损耗,进一步提高后级变换器的效率。在PSIM软件中进行对称控制仿真,仿真结果波形验证了提出拓扑理论的正确性。最后,对本文电动汽车车载充电电源后端FB-RPWM变换器进行实验样机的搭建。实验结果表明:FB-RPWM变换器拓扑采用对称控制策略进行控制,达到了较好的谐振效果,实现了后端DC/DC变换电路的软开关功能,验证了理论的正确性。
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