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采用移相控制ZVZCS PWM全桥变换器实现汽车充电机主的电路设计

电子设计 2021-04-02 14:56 次阅读

作者:张凤英,伍理勋,冯晓云,张斌斌

随着全球能源危机的加剧,作为绿色环保交通工具的电动汽车将成为未来汽车发展的趋势。目前,我国已完成了电动大、中型客车的研究开发工作,在某些城市作为一种理想的日常公共交通工具已经投入示范运营。在城区繁华地带开通电动汽车公交线路,可以有效地解决汽车尾气排放和石油原材料紧缺等问题。因此,充电技术成为电动汽车发展的关键技术之一,研制大功率高频智能充电机用于构建电动公交车公共充电站具有重要意义。

充电机主电路采用移相控制ZVZCS PWM全桥变换器,在变压器副边加入电容C和两只二极管Dc、Dh,采用简单的辅助电路复位电流,实现了超前桥臂的ZVS和滞后桥臂的ZCS。

1 充电机主电路拓扑

传统的移相控制全桥软开关电路采用变压器漏感或原边串联电感和功率开关管的寄生电容的谐振实现零电压开关。而滞后桥臂主要依靠变压器漏感储能,导致滞后桥臂不易满足零电压开关的条件。本文采用了一种ZVZCS的电路拓扑结构,如图l所示。

采用移相控制ZVZCS PWM全桥变换器实现汽车充电机主的电路设计

Vs是单相或三相交流输入经过整流滤波后得到的直流电压,S1、S2、S3、S4是功率开关器件,C1、C3为超前桥臂的并联电容,Llk是变压器的漏感,T为变压器,D1、D2、D3、D4为续流二极管,辅助电路由钳位电容C和两只二极管Dc、Dh构成,Lo为输出滤波电感,Co为输出滤波电容。

首先S1、S4导通,原边向副边输出能量,钳位电容Cc被充电至最大值。关断S1,原边电流Ip给C1充电,给C3放电,由于C1的存在,S1为零电压关段,此时漏感和输出滤波电感Lo串联,共同提供能量;原边电压和副边电压均下降,当副边电压下降至箝位电容电压时,由于Cc的作用,使变压器副边电压下降速度比原边慢,导致电压差,作用于Llk使原边电流下降。C3放电至零,为S3提供零电压开通的条件。二次侧感应电压作用于Llk,加速了原边电流Ip的下降,直至Ip完全复位。开关切换方式为+1/0,0状态处于电流复位模式。箝位电容Cc提供负载电流,副边电压下降。Cc放电完全,整流二极管D1~D4全部导通续流,在续流期间由于原边电流已经复位,此时关段S4,开通S2,由于漏感Llk原边电流不能突变,S4零电流关段,S2零电流开通。

2 主电路工作过程分析

全桥变换器在半个周期内有9种工作状态,记为模式1~模式9。

2.1 模式1

S1、S4导通,原边电流流经S1、Llk、原边绕组、S4;副边电流流经D1、L。、R。、D4和副边绕组,Cc通过Dc、Co充电,输入侧向输出侧传递能量。将电路进行简化,如图3所示,由于输出滤波电感Lo与Llk相比较大,视为恒流源,等效电路如图4所示。

2.2 模式2

当cosωat=-1时,VCc(t)达到最大值,则sjmωat=o,Ip(t)=nIo,Ic(t)=0,二极管Dc关断,变压器副边电流流经D1、L。、Co、R。、D4和次边绕组,简化电路如图5所示。此时:

2.3 模式3

S1关断,原边电流从S1转移至C1和C3,给C1充电,给C3放电,简化电路如图6所示。由于C1的存在,S1是零电压关断。变压器原边漏感Llk和输出滤波电感L。串联,Llk值较小,Lo值较大,可视为原边电流Ip基本不变,Ip(t)=nIo。变压器原边电压Vab和整流桥输出电压Vrec以相同的斜率线性下降:

2.4 模式4

当整流桥输出电压Vrec线性降至箝位电压VCc=2(nVs-Vo)时,Dh导通,简化电路如图7所示。由于Cc远远大于C1+C3,则Cc保持两端电压不变,使整流桥输出电压比原边电压下降得慢,导致电压差作用于Llk,使原边电流Ip开始下降,等效电路如图8所示。

2.5 模式5

C3被放电到O,D3导通,简化电路如图9此时开通S3,由于D3的存在,S3为零电压开通。原边电压Vab=O。等效电路如图10所示。

此模态结束时,原边电流降为0,整流侧电压为Vβ。

2.6 模式6

原边电流复位到零,简化电路如图11所示。Cc提供负载电流,二次侧整流桥输出电压迅速下降,等效电路如图12所示。

此时,

2.7 模式7

Cc被放电到零,整流二极管D1~D4全部导通,负载电流通过整流二极管续流,简化电路如图13所示。在续流期间可以关段S2,此时S2为零电流关断。

2.8 模式8

开通S4,简化电路如图14所示。此时为零电流开通,由于漏感Llk的存在,原边电流不能突变,Ip线形增加,

在此时间内,整流电压仍然为0。

3 仿真和实验结果与结论

本文采用电力电子专用的saber仿真软件建立模型并仿真,仿真参数如下:

仿真波形为如图15所示。

实验系统中380 V三相交流经整流供给直流电压,充电机,纯电阻负载,示波器构成。变压器原边电压、原边电流、副边整流输出电压的测试波形如图16和图17所示。

图16为在输入电压508V时,原边电流Ip和原边电压Uba(-Uab)的波形。

图17为输入电压508V时,原边电流Ip和变压器副边整流桥输出电压Vrec波形。所研制的电动汽车充电机采用全桥变换器,通过变压器副边加箝位电容和续流二极管复位主电流,使主电路的功率开关器件工作在零电压和零电流状态下。减低了开关损耗,实现了电源的软开关。

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发表于 07-30 21:02 158次 阅读
AMIS-30621 带LIN总线的微步电动机驱动器和控制器
0621是一款带有位置控制器和控制诊断接口的单片微步进电机驱动器。它可以构建与LIN主机远程连接的专用机电一体化解决方案。芯片通过总线接收定位指令,然后将电机线圈驱动到所需位置。片上位置控制器可配置(OTP或RAM)不同的电机类型,定位范围和速度,加速度和减速度参数。 AMIS-30621充当LIN总线上的从机,主机可以从每个单独的从节点获取特定的状态信息,如实际位置,错误标志等。该芯片采用I2T100技术实现,可同时实现高压同一芯片上的模拟电路和数字功能。 AMIS-30621完全兼容汽车电压要求。 特性 自动选择快速和慢速衰减模式。 无需外部反激二极管。 可配置的速度和加速度。 现场可编程节点地址。 动态分配标识符。 物理层和数据链路层(符合LIN rev.1.3)。 LIN总线短路保护供应和地面。 高温警告和管理。 失去LIN安全操作。 Micro - 步进技术。 峰值电流高达800 mA。 固定频率PWM电流控制。 快速自动选择慢速衰减模式。 无需外部反激二极管。 符合14 V汽车系统。 这是一个无铅设备。 应用 汽车应用,...
发表于 07-30 19:02 343次 阅读
AMIS-30543 微步电机驱动器
543是一款用于双极步进电机的微步进步进电机驱动器。芯片通过IO引脚和SPI接口与外部微控制器连接。它具有片上稳压器,复位输出和看门狗复位功能,可为外围设备供电。 AMIS30543包含一个电流转换表,根据NXT输入引脚上的时钟信号以及DIR(方向)寄存器或输入引脚的状态,进行下一个微步。芯片提供速度和负载角度输出。这允许基于负载角度创建失速检测算法和控制回路以调节扭矩和速度。它使用专有的PWM算法进行可靠的电流控制。 AMIS30543采用I2T100技术实现,可在同一芯片上实现高压模拟电路和数字功能。该芯片完全兼容汽车电压要求。 特性 优势 可编程峰值电流高达3A 高度集成和降低系统成本 128微步 更高的系统分辨率和更安静的电机操作 速度和负载角度输出 启用真正的无传感器闭环控制电机 可编程PWM电压斜率 优化的EMC配置文件 有源反激式二极管 降低BOM成本和提高可靠性 集成电源和监视器支持rt用于外部MCU 降低总系统复杂性和BOM成本 应用 终端产品 数控设备 工业制造设备 纺织设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 19:02 424次 阅读
AMIS-30543 微步电机驱动器
NCV8881 LDO稳压器 1.5 A 低压差
1由一个降压开关稳压器(SMPS)和一个SMPS输出欠压监控器和CPU看门狗电路组成。此外,还提供两个固定电压低压差稳压器输出,并共享LDO输出电压状态输出。一旦使能,稳压器操作将继续,直到看门狗信号不再存在。 NCV8881适用于必须承受40 V负载突降的汽车电池连接应用。开关稳压器能够将典型的9 V至19 V汽车输入电压范围转换为3.3 V至8 V的输出,并具有恒定的开关频率,可以通过电阻编程或与外部时钟信号同步。使能输入阈值和迟滞是可编程的,使能输入状态在开漏点火缓冲器输出处复制。稳压器受限流,输入过压和过温关断以及SMPS短路关断保护。 特性 1.5 A开关稳压器(内部电源开关) 100 mA,5 V LDO输出 40 mA,8.5 V LDO输出 工作范围5 V至19 V 可编程SMPS频率 SMPS可以同步到外部时钟 可编程SMPS输出电压低至0.8 V ±2%参考电压容差 内部SMPS软启动 电压模式SMPS控制 SMPS逐周期电流限制和短路保护 内部自举二极管 逻辑电平使能输入 使能外部电阻分压器可编程输入迟滞 启用输入状态在开放...
发表于 07-30 19:02 250次 阅读
NUD3160 继电器驱动器 48 V
微集成器件提供单组件解决方案,可以在不需要续流二极管的情况下切换感应负载,如继电器,螺线管和小型直流电机。它接受逻辑电平输入,因此允许它由各种设备驱动,包括逻辑门,逆变器和微控制器。 特性 在DC之间提供强大的接口继电器线圈和敏感逻辑 能够在12 V,24 V时驱动额定电流高达150 mA的继电器线圈或48 V 以更低的成本取代3或4个离散组件 内部齐纳二极管消除了对自由二极管的需求 符合装载转储和其他汽车规格 应用 终端产品 驱动器窗口,门闩,门和天线继电器 汽车 工业设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 12:02 317次 阅读
NUD3160 继电器驱动器 48 V
NUD3105D 继电器驱动器 5.0 V 双通道
备用于切换感应负载,如继电器,螺线管白炽灯和小型直流电机,无需使用空转二极管。该器件集成了所有必需的产品,如MOSFET开关,ESD保护和齐纳钳位。它接受逻辑电平输入,因此允许它由各种设备驱动,包括逻辑门,反相器和微控制器。 特性 在DC之间提供强大的驱动程序接口继电器线圈和敏感逻辑电路 优化开关继电器从3.0 V到5.0 V电压轨 能够驱动额定功率高达2.5 W,5.0 V 的继电器线圈 内部齐纳二极管消除了对续流二极管的需求 内部齐纳钳位路由引起的电流接地以实现更安静的系统操作 低VDS(on)降低系统电流排水 应用 电信:线路卡,调制解调器,答录机和传真 计算机和办公室:复印机,打印机和台式电脑 消费者:电视和录像机,立体声接收器,CD播放器,盒式录音机 工业:小家电,安全系统,自动测试设备,车库门开启器 汽车:5.0V驱动继电器,电机控制,电源锁和灯驱动器 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 12:02 230次 阅读
NUD3105D 继电器驱动器 5.0 V 双通道
NUD3124 继电器驱动器 24 V
微集成器件提供单组件解决方案,可以在不需要续流二极管的情况下切换感应负载,如继电器,螺线管和小型直流电机。它接受逻辑电平输入,因此允许它由各种设备驱动,包括逻辑门,逆变器和微控制器。 特性 在DC之间提供强大的接口继电器线圈和敏感逻辑 能够在12伏特下驱动额定电流高达150 mA的继电器线圈 以更低的成本取代3或4个离散组件 内部齐纳二极管消除了对自由二极管的需求 满足负载转储和其他汽车规格 应用 终端产品 驱动窗口,门闩,门,天线继电器 汽车 工业设备 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 12:02 235次 阅读
NUD3124 继电器驱动器 24 V
MC79L 线性稳压器 100 mA 5 V 负极
0负线性稳压器是一款价格低廉,易于使用的器件,适用于需要高达100 mA电流的众多应用。与功率更高的MC7900系列负调节器一样,该线性稳压器具有热关断和电流限制功能,使其非常坚固耐用。在大多数应用中,无需外部元件即可运行。 MC79L00线性稳压器适用于卡上调节或需要适度电流水平的稳压负电压的任何其他应用。与常见的电阻/齐纳二极管方法相比,该稳压器具有明显的优势。 规格: MC79L00AB MC79L00AC 容差 4% 4% 温度范围 -40°C到+ 125°C 0°C至+ 125°C 封装 SOIC-8,TO-92 SOIC-8,TO-92 特性 无需外部组件 内部短路电流限制 内部热过载保护 低成本 提供的互补正稳压器(MC78L00系列) 无铅封装是Av ailable 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 06:02 247次 阅读
MC79L 线性稳压器 100 mA 5 V 负极
MC78L 线性稳压器 100 mA 5至24 V 正极
0A系列线性稳压器是价格低廉,易于使用的器件,适用于需要高达100 mA稳压电源的众多应用。与其更高功率的MC7800和MC78M00系列同类产品一样,这些稳压器具有内部限流和热关断功能,使其非常坚固耐用。在许多应用中,MC78L00设备无需外部组件。与传统的齐纳二极管 - 电阻器组合相比,这些线性稳压器具有显着的性能优势,因为输出阻抗和静态电流显着降低。 规格: MC78L00AB MC78L00AC 容差 4% 4% 温度范围 -40°C至+ 125°C 0°C至+ 125°C 封装 SOIC-8,TO-92 SOIC-8,TO-92,SOT -89 特性 广泛的可用固定输出电压 低成本 内部短路电流限制 内部热过载保护 无需外部组件 互补提供负调节器(MC79L00系列) 无铅封装是Av ailable 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-30 05:02 606次 阅读
MC78L 线性稳压器 100 mA 5至24 V 正极
FAN4868UC33X 3 MHz 同步稳压器
8是一款低功耗升压稳压器,旨在通过单节锂离子或锂离子电池提供稳定的3.3 V输出。输出电压选项固定为3.3 V,在VIN = 2.3 V时保证最大负载电流为200 mA,在VIN = 3.3 V时保证300 mA。关断模式下的输入电流小于1μA,从而最大限度地延长电池寿命。 PFM操作是自动的并且“无故障”。该稳压器可在低负载时保持低至37μA静态电流的输出调节。内置功率晶体管,同步整流和低电源电流的组合使FAN4868成为电池供电应用的理想选择.FAN4868可在6-凸点0.4 mm间距晶圆级芯片尺寸封装(WLCSP)。 特性 使用少量外部元件工作:1μH电感和0402外壳尺寸输入和输出电容 输入电压范围为2.3 V至3.2 V 固定3.3 V输出电压选项 最大负载电流> 150 mA,VIN = 2.3 V 最大负载电流300 mA,VIN = 2.7 V,VOUT = 3.3 V 低工作静态电流 True Load Disc关机期间的连接 具有轻载省电模式的可变导通时间脉冲频率调制(PFM) 内部同步整流器(无需外部二极管) 热关断和过载保护 6-Bump WLCSP,0.4 mm间距 应用 终端产品 为3.3 V核心导轨供电 PDA...
发表于 07-30 05:02 217次 阅读
NCP302155 集成驱动器和MOSFET 55 A.
155将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成在一个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP302155集成解决方案大大降低了封装寄生效应和电路板空间。 特性 平均电流高达55A 能够以高达2 MHz的频率切换 兼容3.3 V或5 V PWM输入 支持Intel®PowerState 4 使用3级PWM的零交叉检测选项 内部自举二极管 热警告输出和热关机 应用 终端产品 台式机和笔记本微处理器 服务器和工作站,V-Core和非V核DC-DC转换器 大电流DC-DC负载点转换器 小型电压调节器模块 电源和笔记本 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 22:02 499次 阅读
NCP303151 集成驱动器和带集成电流监视器的MOSFET
151将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成到单个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP303151集成解决方案大大降低了封装寄生效应和电路板空间。 特性 能够达到50 A的平均电流 30 V / 30 V击穿电压MOSFET具有更高的长期可靠性 能够以高达1 MHz的频率切换 与3.3兼容V或5 V PWM输入 正确响应3级PWM输入 精确电流监测 具有3级PWM的过零检测选项 内部自举二极管 欠压锁定 支持英特尔®PowerState 4 应用 桌面和笔记本微处理器 图形卡 路由器和交换机 支持英特尔®PowerState 4 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 22:02 834次 阅读
NCP302055 集成驱动器和MOSFET 50 A.
055将MOSFET驱动器,高端MOSFET和低端MOSFET集成在一个封装中。驱动器和MOSFET已针对高电流DC-DC降压功率转换应用进行了优化。与分立元件解决方案相比,NCP302055集成解决方案大大减少了封装寄生效应和电路板空间。 特性 平均电流高达50A 能够以高达2 MHz的频率切换 兼容3.3 V或5 V PWM输入 支持Intel®PowerState 4 使用3级PWM的零交叉检测选项 内部自举二极管 热警告输出和热关机 热关机 应用 终端产品 台式机和笔记本微处理器 服务器和工作站,V -Core和非V-DC DC-DC转换器 大电流DC-DC负载点转换器 小型电压调节器模块 电源和笔记本 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 21:02 363次 阅读
NCV8872 汽车级非同步升压控制器
2是一款可调输出非同步升压控制器,用于驱动外部N沟道MOSFET。该器件采用峰值电流模式控制和内部斜率补偿。该IC集成了一个内部稳压器,为栅极驱动器提供电荷。保护功能包括内部设置软启动,欠压锁定,逐周期电流限制,打嗝模式短路保护和热关断。其他功能包括低静态电流睡眠模式和外部同步开关频率。 特性 优势 工厂可编程 灵活性 4.8 V至45 V操作 使用反极性保护二极管通过起动和负载转储进行操作 -40 C至150 C操作 汽车级 双功能启用/同步引脚 紧凑SOIC8包中的额外功能 应用 终端产品 仪表盘 引擎集群 启动/停止应用程序 导航 LED背光 汽车应用 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 21:02 217次 阅读
NCV8872 汽车级非同步升压控制器
NCP81174 具有省电模式和PWM VID接口的多相同步降压控制器
74是一款通用型四相同步降压控制器。它结合了差分电压检测,差分相电流检测和PWM VID接口,为计算机或图形控制器提供精确的稳压电源。它可以从处理器接收节电命令(PSI),并以单相二极管仿真模式工作,以获得轻载时的高效率。双边沿多相PWM调制确保快速瞬态响应,并尽可能减少电容。 应用 终端产品 GPU和CPU电源 显卡的电源管理 台式电脑 笔记本电脑 电路图、引脚图和封装图...
发表于 07-29 18:02 665次 阅读