1、<p><b>　　畢業(yè)設計說明書</b></p><p>　　電動汽車72V/2000W快速</p><p><b>　　充電器設計</b></p><p>　　畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）</p><p><b>　　獨創(chuàng)性聲明</b></p><

2、;p>　　本人聲明所呈交的畢業(yè)設計說明書(畢業(yè)論文)是本人在導師指導下進行的研究、設計工作后獨立完成的。除了文中特別加以標注和致謝的地方外，說明書中不包含其他人己經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究所做貢獻集體和個人，均己在說明書中作了明確的說明并表示謝意。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。</p><p>　　畢業(yè)設計說明書（畢業(yè)論文）作者簽名(手寫): </p>

3、<p>　　日期: 年 月 日</p><p>　　指導教師簽名(手寫):</p><p>　　日期: 年 月 日</p><p>　　電動汽車72V/2000W快速充電器設計</p><p>　　摘 要：電動汽車快速充電器在當今這個科技發(fā)展日新月異的時代，憑借著自己本身在電動汽車這個朝

4、陽產(chǎn)業(yè)當中的關(guān)鍵地位，迅速被人們所認可。與此同時，想要長期的發(fā)展下去，必須擁有更可靠更全面的技術(shù)保障來做支撐。在這次的畢業(yè)設計中，考慮到經(jīng)濟實用這一方面，我采取的是脈沖寬度調(diào)制UC3842芯片控制電路，充電方式采用的是單端反激式充電，輔之以電力電子技術(shù)中開關(guān)電源應用相關(guān)專業(yè)的知識等等。為了保證電壓能夠穩(wěn)固的輸出，該充電器應用的是電力電子技術(shù)，利用開關(guān)通斷的時間比率來達到所需要的目的。所以該充電器具有小而輕、穩(wěn)而快、人工智能等方面的優(yōu)勢，

5、對于國家倡導的節(jié)能環(huán)保具有不凡的意義。這次的電路設計中包含了差模、共模濾波器、整流橋、濾波電容、輸出儲能電感、輸出濾波電容、反饋電壓采樣電路、開關(guān)信號IC、開關(guān)管、光耦等一系列硬件電子部分。查找相關(guān)資料發(fā)現(xiàn)多路并聯(lián)輸出的方式對我采取的單端反擊式充電器的最大輸出功率偏小化有一定幫助，所以我把輸入交流濾波、電容濾波穩(wěn)壓以及整流這三個模塊構(gòu)成了此次設計中的整流濾波電路。PWM控制電路通過UC3842構(gòu)成，光耦PC817結(jié)合穩(wěn)壓二極管TL431

6、作為反饋電路，MTH6N10</p><p>　　關(guān)鍵詞：單端反激式電路；開關(guān)電源的應用；脈寬調(diào)制UC3842芯片</p><p>　　The Design of Fast Charger for Electric Vehicle With 72V and 2000W</p><p>　　Abstract: Nowadays,fast charger

7、for electric vehicle in today's era of rapid development of science and technology,by virtue of their own key position in the electric car among this sunrise industry, was quickly recognized by the people.At the same

8、 time, it is necessary to have a more reliable and comprehensive technical support to support the development of long-term development.In this graduation design, taking into account the economic and practical in this reg

9、ard, I take is pulse width modul</p><p>　　Key word: Single-ended flyback circuit; application of switching power supply ; UC3842 chip with pulse width modulation</p><p><b>　　目 錄</b&g

10、t;</p><p><b>　　1 概 述1</b></p><p>　　1.1 電動汽車快速充電器設計的目的和意義1</p><p>　　1.2 電動汽車快速充電器設計的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景1</p><p>　　1.3 主要設計任務與預期成果2</p><p>　　2 方案設計與論證

11、2</p><p>　　2.1 方案一：基于高頻逆變橋的電動汽車快速充電器設計2</p><p>　　2.2 方案二：基于全橋變換電路的電動汽車快速充電器設計3</p><p>　　2.3 方案三：基于單端反激式的電動汽車快速充電器設計4</p><p>　　2.4 方案的論證與選擇4</p><p>　　3

12、 單端反激式電動汽車快速充電器主電路設計6</p><p>　　3.1 輸入整流濾波電路的設計6</p><p>　　3.2 輸出整流濾波電路的設計8</p><p>　　3.3 啟動電路設計9</p><p>　　3.4 保護電路設計10</p><p>　　3.5 通風與散熱裝置的設計11</p&

13、gt;<p>　　4 單端反激式充電器控制電路設計12</p><p>　　4.1 控制電路的設計12</p><p>　　4.2 反饋電路設計14</p><p>　　4.3 控制電路的保護電路設計14</p><p>　　5 充電器電路變壓器的參數(shù)選擇與計算15</p><p>　　5.1

14、高頻變壓器的計算15</p><p>　　5.2 其他元器件的選擇與計算16</p><p>　　6 PCB布置圖的設計17</p><p>　　6.1 選擇各元器件的封裝17</p><p>　　6.2 PCB電路板的設計17</p><p>　　6.3 PCB電路板元器件的布置18</p>

15、<p><b>　　結(jié)束語19</b></p><p><b>　　參考文獻20</b></p><p><b>　　致 謝21</b></p><p><b>　　附 錄22</b></p><p>　　附錄1：設計原理圖

16、23</p><p>　　附錄2：PCB正面元器件布置圖24</p><p>　　附錄3：PCB反面布線圖25</p><p>　　附錄4：元器件目錄表26</p><p>　　電動汽車72V/2000W快速充電器設計</p><p><b>　　1 概 述</b></p>

17、<p>　　在當今的現(xiàn)代化社會里，電力電子技術(shù)憑仗著自身高效的優(yōu)勢迅速發(fā)展，高效能、高功率密度等優(yōu)點集于一身。而在它的領(lǐng)域中發(fā)揮極其重要作用的一支就是開關(guān)電源的應用，尤其在當下國家改善環(huán)境、節(jié)約能源等強烈的號召下，顯得備受關(guān)注。 </p><p>　　1.1 電動汽車快速充電器設計的目的和意義</p><p>　　由于汽車行業(yè)的快速發(fā)展和人們對交通工具的依賴需求，全球汽車的數(shù)量

18、在持續(xù)地增加，與此同時帶動了其他相關(guān)產(chǎn)業(yè)的增長。當下石油等傳統(tǒng)燃油的使用造成了一定的環(huán)境污染、資源的短缺、能源的消耗，為此電動汽車的出現(xiàn)可謂是應運而生。電動汽車具備零污染，噪音低，效率高，節(jié)能等長處，所以格外受到列國的眷注。而電動汽車的樞紐部分就是能夠提供持續(xù)的電力需求，這就要求電動汽車充電的時間盡量短、行走里程盡可能的長，因此對電動汽車快速充電器的研究探討有著相當重要的意義。</p><p>　　為了能夠高質(zhì)量

19、地完成此次畢業(yè)設計，這就需要我們發(fā)散思維、實踐調(diào)查有關(guān)方面的知識內(nèi)容，并且對我們電力電子技術(shù)方面上的知識能夠得到加強鞏固，提高自己在搜集相關(guān)科學資料、整理編排有關(guān)電氣知識、大膽提出方案想法、了解國內(nèi)外相關(guān)行業(yè)發(fā)展動態(tài)的能力,積極調(diào)動起我們大學幾年來所學的相關(guān)知識。</p><p>　　1.2 電動汽車快速充電器設計的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景</p><p>　　考慮到電動汽車在成本上的花費和本身

20、的機能相比擬那些以石油等燃料為能源的汽車，落后的較遠，所以消費大眾們更愿意選擇傳統(tǒng)燃料汽車作為他們的代步工具。當前想要大規(guī)模地生產(chǎn)銷售電動汽車還不具有那樣的發(fā)展條件，甚至未來幾年或者幾十年都存在著一些不確定因素，必須要進一步地研究新型技術(shù)才能使其變?yōu)槠毡榈慕煌üぞ?。即使現(xiàn)實比較殘酷，但是當前社會各界人士都很期待著電動汽車的深層發(fā)展，其中政府也在諸多領(lǐng)域推行演示電動汽車所帶來的優(yōu)點，起到了一個領(lǐng)頭羊的作用。這極大地刺激著一批優(yōu)秀人才努力鉆

21、研電動汽車新技術(shù)的熱情，而與電動汽車直接掛鉤的電動汽車快速充電器的研究更是息息相關(guān)，也是急需投入大量資金技術(shù)來生存發(fā)展。</p><p>　　但是，從近年來歐洲國家在電動汽車及其相關(guān)產(chǎn)業(yè)投入的資金以及關(guān)注度來看，我國在這方面尚還有不足。對此，電動汽車及其快速充電器的研究已經(jīng)是亟不可待了。</p><p>　　1.3 主要設計任務與預期成果</p><p><b

22、>　　1)內(nèi)容：</b></p><p>　　(1) 收集資料，比較各種變換器，說明變換器的優(yōu)點，確定課題方案；</p><p>　　(2) 設計原理電路的總體；</p><p>　　(3) 設計 PCB線路板圖；</p><p><b>　　2)原始數(shù)據(jù)：</b></p><p&g

23、t;　　(1) 輸入電壓和頻率：交流180V-264V, 50-60HZ ；</p><p>　　(2) 額定輸出電壓和電流：直流72V,直流28A ；</p><p>　　(3) 額定輸出功率：P=2000W；</p><p>　　(4) 開關(guān)頻率: 66KHZ 。</p><p><b>　　3)技術(shù)要求：</b>&

24、lt;/p><p>　　(1) 輸入電壓和頻率見表1-1</p><p>　　表1-1輸入電壓和頻率的要求</p><p>　　(2)負載要求見表1-2</p><p><b>　　表1-2負載的要求</b></p><p><b>　　(3) 工作效率</b></p>

25、;<p>　　輸出效率：η ≥ 80% 。</p><p><b>　　4)預期成果：</b></p><p>　　(1) 設計72V/ 2000W電動汽車快速充電器原理圖；</p><p>　　(2) 設計72V/ 2000W電動汽車快速充電器PCB線路板圖；</p><p>　　(3) 所設計的圖紙的圖

26、形符號和文字符號應符合有關(guān)電氣制圖國家新標準。</p><p><b>　　2 方案設計與論證</b></p><p>　　2.1 方案一：基于高頻逆變橋的電動汽車快速充電器設計</p><p>　　這個電動汽車快速充電器的設計通過高頻開關(guān)電路來使充電器的重量和體積上面得到相應的減少，避免了一般模式下取決于濾波電容、濾波電感和變壓器規(guī)格的大小來

27、決定的情況，操作相對比較簡單。該設計中整流電路將工頻交流經(jīng)過整流電路整變?yōu)橹绷?，然后由高頻逆變電路轉(zhuǎn)變?yōu)楦哳l交流，再通過變壓器傳送到高頻整流電路，變?yōu)槊}動直流后經(jīng)過濾波器輸出我們所需要的直流，如圖2-1基于高頻逆變橋的電動汽車快速充電器原理框圖所示：</p><p>　　圖2-1基于高頻逆變橋的電動汽車快速充電器原理框圖（方案一）</p><p>　　2.2 方案二：基于全橋變換電路的電動

28、汽車快速充電器設計</p><p>　　圖2-2基于全橋變換電路的電動汽車快速充電器原理框圖（方案二）</p><p>　　這次設計的電動汽車快速充電器的功率較大，而全橋變換電路擁有的輸出功率范圍較廣，最大程度上能夠達到幾十大千瓦，SG3525集成芯片通過對電路中的開關(guān)管的操作和控制以此來實現(xiàn)電動汽車的電池充電所希望得到的電流和電壓，并且全橋變換電路中電動汽車充電器的充電變壓器大多都是類似

29、的，這是因為其變壓器中的鐵芯基本上都會雙向磁化的，由此我們可以減少資源的浪費，提高鐵芯的利用率，可以重復使用。三相整流濾波電路、ZVZCS PWM全橋變換器、隔離驅(qū)動電路、SG3525集成芯片以及輸出電壓電流反饋電路等相關(guān)模塊構(gòu)成了這個電路體系，詳細如圖2-2基于全橋變換電路的充電器原理框圖所示。</p><p>　　2.3 方案三：基于單端反激式的電動汽車快速充電器設計</p><p>

30、　　以UC3842芯片為主的單端反激式電動汽車快速充電器的原理圖如圖2-3所示。啟動電路、整流電路、反饋電路以及過流過壓欠壓保護電路構(gòu)成了主要的功能模塊。對脈沖寬度進行調(diào)制的技術(shù)（PWM）在迅猛發(fā)展的電力電子行業(yè)中，憑借著其電流型模式的拓撲結(jié)構(gòu)用在控制電路中的功能被同行業(yè)界迅速認可。電壓、電流雙閉環(huán)系統(tǒng)中的一個重要分支那便就是電流型模式的PWM控制系統(tǒng)，精度高并且電壓穩(wěn)定，既可以實時監(jiān)控開關(guān)管的內(nèi)部電流，又可以控制電壓外環(huán)，因此它的應用

31、是相當?shù)钠毡椤?lt;/p><p>　　圖2-3 以UC3842芯片為主的單端反激式電動汽車快速充電器原理框圖（方案三）</p><p>　　2.4 方案的論證與選擇</p><p>　　方案一所選高頻逆變橋為核心的充電器的設計雖然提供恒壓、恒流及恒壓恒流自動轉(zhuǎn)換等三種工作方式，但是它的使用壽命相對較低。對于電動汽車快速充電器而言，不是最佳選擇。</p>

32、<p>　　方案二基于全橋變換電路的充電器雖然輸出功率范圍的上限可以達到幾十千瓦，但是在開關(guān)管的開關(guān)過程中，電壓和電流的交疊區(qū)會產(chǎn)生較大的損耗，相比較而言反激式的充電電路就起到了節(jié)約能源的作用。</p><p>　　方案三的單端反激式電路相對于其他兩個方案來說結(jié)構(gòu)簡單，體積較小。再加上PWM技術(shù)的迅速發(fā)展，更進一步的加強了該電路的穩(wěn)定性。綜上所述，我更偏向使用方案三。</p><p&

33、gt;　　a. 采取UC3842集成芯片。</p><p>　　UC3842集成芯片就是屬于電流型模式的PWM控制器的那種類型，相對于過去的電壓型模式結(jié)構(gòu)的開關(guān)電源控制電路來說，輸出的系統(tǒng)是電流電壓雙閉環(huán)的系統(tǒng)，不僅能夠監(jiān)測電流的開關(guān)管連同著其中的一個內(nèi)環(huán)，并且還能夠?qū)崟r監(jiān)控輸出的電壓大小情況，然而以前的電壓型模式一方面本身線性調(diào)節(jié)精度還是比較低的，再者緩慢的系統(tǒng)響應也很是令人值得去商榷一下的。</p>

34、;<p>　　b. 采用的是單端反激式電路模塊。單端反激式原理圖如圖2-4所示，在MOSFET功率管Q1正向?qū)ǖ那闆r下，電路中T1變壓器的一次側(cè)的繞組上擁有的電能將會有所提升，于是乎，T1的二次側(cè)繞組由于整流二極管VD的反向偏置迫使它根本接受不到傳輸過來的能量。當Q1閉合的時候T1變壓器電路便會出現(xiàn)斷路的局面，最終導致繞組的磁性發(fā)生變化，從而變壓器T1二次側(cè)中的電流就會重新流進了電容C中。從整個電路的情況來看的話，變壓器

35、T1在該電路中發(fā)揮了儲蓄能量的作用。</p><p>　　圖2-4 反激式原理圖</p><p>　　c. 單端反激式電動汽車快速充電器結(jié)構(gòu)框圖如圖2-5所示。從下圖中可以大致了解整個內(nèi)部流程機制的走向，從交流輸入到輸出整流，再由反饋控制電路起到一個橋梁的作用，整體的效果結(jié)構(gòu)還是比較緊湊的。</p><p>　　圖2-5反激式電動汽車快速充電器結(jié)構(gòu)框圖</p&

36、gt;<p>　　3 單端反激式電動汽車快速充電器主電路設計</p><p>　　從圖2-5中我們知道電動汽車快速充電器的主電路由輸入保護電路、高頻變壓器、輸出整流濾波器、光耦反饋電路以及控制電路所組成的。關(guān)于對應模塊的設計思路方法都會在下面的文字中一一詳細地介紹。至于電動汽車72V/2000W快速充電器的設計整體原理圖詳見附錄1。</p><p>　　3.1 輸入整流濾波電

37、路的設計</p><p>　　存在著系統(tǒng)就會有干擾信號的產(chǎn)生，而在這次設計的電路系統(tǒng)里面共模信號與差模信號的存在就是這干擾信號的來源，二者相形比較之下，差模干擾對于主電路的影響還算是比較輕微的，可以忽略不計，相反的是，共模信號對整個電路的沖擊倒是不小，為此，我們需要找到一個合適的濾波器來使共模信號的干擾盡可能地最小化，而EMI濾波器正是一個不錯的選擇，把它加在原理電路圖的輸入與輸出之間接能夠達到我們所需的減輕共模

38、信號干擾的目的。</p><p>　　而對于充電器噪聲的解決可以由電磁干擾濾波器來充當這樣的裝置，電網(wǎng)發(fā)出的噪聲能夠很好地被它所降低，對于系統(tǒng)全面的穩(wěn)定性和安全性都能夠得到相應的改進，另外電子設備儀器的抗干擾能力會有進一步地改善，構(gòu)成該裝置的元器件也相對簡單，諸如電容、電感等一些常見的電子器件，所以相對來說價格經(jīng)濟實惠而且易于宣傳推廣，簡單上手。</p><p>　　3.1.1 輸入濾波器

39、設計</p><p>　　圖3-1輸入的EMI濾波器的基本電路</p><p>　　輸入的EMI濾波器如圖3-1所示。其中，Cx1與Cx2稱為差模電容。L1稱為共模電感。Cy1與Cy2稱為共模電容。EMI濾波器屬于一種雙向濾波器，其共模電感L又叫共模扼流圈，它是在同一個磁環(huán)的上下兩個半環(huán)上，都繞制了相同圈數(shù)但在環(huán)繞的方向上完全相反的線圈。因此能夠?qū)崿F(xiàn)無損耗的傳輸，其根本原因就是當工頻電流I

40、上流過L1、L2的時候各自產(chǎn)生的磁場恰巧方向相反大小相等，實現(xiàn)了相互抵消，而且這對于流過的工頻電流沒有什么影響。假使共模電感上有分支電流從電流I1中流出來經(jīng)過L的話，那么濾波器中上下兩個繞組的的磁場會因為電流同向而使其在同相上互相疊加，這時總電感迅速增大產(chǎn)生很大的感抗，從而能夠消除共模干擾帶來的影響。電感量L（mH）與輸入的EMI濾波器的額定電流I（A）之間的關(guān)系如下表3-1所示：</p><p>　　表3-1電

41、感量與額定電流的關(guān)系</p><p>　　3.1.2 輸入整流電路設計</p><p>　　圖3-2 輸入的橋式整流電路</p><p>　　輸入的橋式整流電路如圖3-2所示，D1、D2、D3、D4這四個二極管的連接方式在電路中構(gòu)成了一個電橋，也就是所謂的橋式整流電路，由于二極管的正向?qū)?、反向截止的特性，電流的方向會隨著電壓的方向時不時地發(fā)生變化。交流輸入電壓的

42、一個完整周期是有正半周期和負半周期一起組成的，在正半周期內(nèi)，二極管D1和D3導通、D2和D4截止；相反，在交流輸入電壓的負半周期內(nèi)，二極管D1和D3截止、D2和D4導通。于是在這樣的情況下，輸入的橋式整流電路在一個周期中，直流輸出電流和直流輸出電壓的方向都是固定不變的。圖中電容C6的功能是負責把經(jīng)過橋式整流器變換得到的脈沖電流轉(zhuǎn)化成波動范圍偏小、輸出波形更加穩(wěn)定平滑的直流電壓。</p><p>　　3.2 輸出整

43、流濾波電路的設計</p><p>　　3.2.1 輸出EMI濾波器設計</p><p>　　圖3-3 輸出整流電路的EMI濾波電路</p><p>　　輸出整流電路的EMI濾波電路如圖3-3所示，該電路EMI源的核心便是圖中的二極管VD3，它的吸收電路的組成部分是與它串并聯(lián)的R6、C10元器件，主要功能是吸收消除它在開關(guān)切換的時候制造出來的電壓尖峰來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定，

44、當然對于開關(guān)電源自身所帶來的干擾，我們只能盡全力地去將它的不良影響程度最小化，想要從根本上消除它們幾乎是完全不可能的，所以我們可以在器件的選擇上挑選那些符合設計功能的VD二極管來減輕誤差帶來的干擾。</p><p>　　圖3-4 開關(guān)電源輸出回路的EMI濾波器</p><p>　　開關(guān)電源輸出回路的EMI濾波器如圖3-4所示，線圈L1和L2組成的共模扼流圈加上C1、C2兩個電容以及扼流圈L

45、3，這些電子元器件一起構(gòu)成了輸出回路的EMI濾波器。將它放在直流輸出端的目的就是為了能夠消除共模信號與差模信號的干擾，扼流線圈有的時候會因為磁芯過于飽和所產(chǎn)生的高強度磁場而使它的特性失去，對于這個問題的解決，我們可以采取在高磁場強度下具有很好的高頻特性的扼流圈鐵芯，如果該鐵芯的磁導率良好而且穩(wěn)定那就再好不過了。</p><p>　　3.2.2 輸出高頻整流電路</p><p>　　在我們學

46、過的開關(guān)電源的整流電路中，也曾了解過許多現(xiàn)代的整流電路，比如普通整流電路、倍流整流電路、異步整流電路、低壓大電流高頻整流電路以及同步整流電路等相關(guān)電路，相比較過去時代的整流電路而言，現(xiàn)今這些整流電路的輸出頻率著實提高了不少，更加符合現(xiàn)在專業(yè)領(lǐng)域的要求。在科技創(chuàng)新日新月異的當代，集成電路技術(shù)越發(fā)成熟，其規(guī)格大小呈現(xiàn)出小型化的趨勢。在這次的設計中，我選擇的是一般情況下都會用的到的普通整流電路，高頻變壓器二次側(cè)選擇的則是效率較高的半波整流方式

47、。</p><p>　　直流輸出整流電路如圖3-5所示，主要的電子器件由二極管、電容、電感等等。在變壓器的二次側(cè)與尾端的電阻器之間我添加了輸出儲能電感以及輸出濾波電容這兩個模塊，目的是為了使輸出電壓的波動幅度能夠得到一定地減弱，同時使輸出功率可以適當?shù)亟档汀?lt;/p><p>　　圖3-5 直流輸出整流電路</p><p>　　3.3 啟動電路設計</p>

48、<p>　　圖3-6驅(qū)動之前啟動電路圖</p><p>　　驅(qū)動之前啟動電路如圖3-6所示，如果6腳（即推挽輸出端）可以被觸發(fā)啟動，那么UC3842芯片內(nèi)部的過壓Vcc與Vef這兩個端口即具有欠壓鎖定功能的比較器搭配上過壓安全保護電路，便可以正常地運行整個電路的啟動模塊。在Vcc的電壓大小太低的情況下，控制芯片內(nèi)部便會出現(xiàn)欠壓鎖定，相反，如果Vcc大于36V的話，那么就需要我們把36V大小的穩(wěn)壓二極

49、管接在Vcc與GROUND之間，如果齊納二極管穩(wěn)壓，那么在36V以下輸出電路穩(wěn)定運行。</p><p>　　圖3-7 正常工作之后啟動電路圖</p><p>　　正常工作之后的啟動電路如圖3-7所示，D2是一個穩(wěn)壓二極管，它的功能是確保整個電路的正常進行，而維持系統(tǒng)的持續(xù)動力來源的則是與D2串接的輔助繞組電感L，它扮演的角色可以說是一個能量補給站，二者相輔相成。于是乎，我們便能將一個規(guī)格大

50、小為47uF的電解電容濾波C103并聯(lián)到電路中的恰當位置來保障整個系統(tǒng)電路的合理運行。</p><p>　　3.4 保護電路設計</p><p>　　“保護電路”，顧名思義，就是保護人體或者電子儀器元件免受因電路故障而造成的危害而設計的電路。通常情況下用到的電路保護元件一般都有溫度熔斷器、熔斷電阻等，其中最是普遍用到的就數(shù)保險管了。保險管又叫保險絲，是為了確保電路能夠安全運行而裝在應用電路

51、中電路元件，在電路中它的文字代表符號是“F”或者“FU”，一般情況下我們把它安裝在整個電路的輸入端，正常工作后，如果電路某個部位意外地發(fā)生短路或者過載等過電流的情況，致使保險管發(fā)生熔斷，此時正常工作的輸入電路就會被硬生生地切斷，為防止故障進一步擴大起到了一個過電流保護的作用。</p><p>　　保險管的內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要是由三個模塊組成。首先，最關(guān)鍵的就是熔體，就是它負責保險管作用時切斷電流的作用，再者是兩個接觸電阻

52、相當小的電極，它們的作用是便于減輕安裝在電路中的干擾，尤其是要保證這兩個電極的導電率也必須足夠的好，這樣才能在危險發(fā)生的時候及時是熔體切斷實施保護，最后的部分就是管鉗與支持的那部分了，它的機械強度保證了保險管的形狀不會輕易地發(fā)生改變，另外它的阻燃性與耐熱性在預防保險管發(fā)生燃燒或已經(jīng)在燃燒方面具有很好的保護作用。</p><p>　　額定電壓、電流以及熔斷電流這三項參數(shù)是保險管的主要指標。額定電壓指的就是保險管在正

53、常工作情況下它所能承受的最大電壓，額定電流指的就是保險管在安全工作環(huán)境下它能承受的最大電流，熔斷電流指的就是電路中的電流達到一定的程度足可以是保險管熔斷的那個電流值，值得關(guān)注的是，當電路中經(jīng)過保險管的電流只超過額定電流而沒有達到或者說已經(jīng)超出熔斷電流的時候，保險管是不會自動熔斷起到保護電路的作用的。</p><p>　　3.5 通風與散熱裝置的設計</p><p>　　電動汽車快速充電器在

54、長時間地工作后會因為IGBT功率元件的導通與開關(guān)損耗而產(chǎn)生相當多的熱量，而充電器本身的裝置空間又比較狹小緊湊，所以為了避免充電器因高溫發(fā)生損壞，這就要求我們設計一個裝置來通風散熱，將這些由電路中電子元件工作產(chǎn)生的熱能輸送到充電器的外界環(huán)境中以便讓電動汽車快速充電器能夠安全長久地使用，提高它的利用率，節(jié)約資源。針對晶閘管模塊的總功耗進行的散熱設計的計算過程如下所示：</p><p><b>　?。?-1）

55、</b></p><p>　　其中表示導通損耗，VCE(sat)表示絕緣柵雙極型晶體管IGBT的導通壓降，大小是1.4V，是承受的平均導通電流，大小是28A，DT是占空比，大小是0.4。</p><p>　　開關(guān)工作的頻率是66KHZ，那么開關(guān)損耗如下：</p><p><b>　?。?-2）</b></p><

56、p>　　式中查表可得，取值為。</p><p><b>　　總功耗如下：</b></p><p><b>　?。?-3）</b></p><p>　　通過查詢EUPEC數(shù)據(jù)手冊可以知道二極管的損耗、通態(tài)壓降、平均電流，占空比D取值是0.6，那么損耗如下：</p><p><b>　　

57、（3-4）</b></p><p><b>　　（3-5）</b></p><p><b>　?。?-6）</b></p><p>　　綜合上面所列的公式，帶入數(shù)據(jù)進行相關(guān)計算，得到：</p><p>　　那么充電器中的功率變換器中的總功耗計算結(jié)果如下所示：</p><

58、;p>　　依據(jù)現(xiàn)實器件所需選擇合適的大小，IGBT的封裝面積</p><p>　　式中：k取0.5，單位。。</p><p>　　4 單端反激式充電器控制電路設計</p><p>　　4.1 控制電路的設計</p><p>　　芯片引腳圖如表4-1所示：</p><p>　　表4-1 UC3842引腳功能<

59、/p><p>　　圖4-1 內(nèi)部結(jié)構(gòu)及管腳圖</p><p>　　PWM控制芯片UC3842內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其管腳如圖4-1所示，該芯片調(diào)制器采取的是單端輸出的形式，其內(nèi)部的場效應管或者雙極性的功率管都可以被直接驅(qū)動。它的長處在于簡易的外圍電路、較小的啟動電流、數(shù)量較少的管腳、工作頻率f高達500KHZ并且電壓調(diào)整率直至0.01%。它集成了輸入和基準欠電壓鎖定電路、振蕩器、PWM鎖存器、電流檢測比較

60、器以及誤差放大器等模塊，性能優(yōu)良并且沿著集成化、高頻化、小型化的趨勢迅速發(fā)展。</p><p>　　圖4-2控制電路原理圖</p><p>　　UC3842控制的電路原理圖如圖4-2所示，它的2腳也就是電壓反饋腳，將它接地，COMP端口即UC3842芯片的誤差放大器的輸出端直接接到光耦PC817的集電極，這樣便可直接用1腳充當反饋，隨后與3腳測定的INSENSE取樣電流二者進行相互對比，通

61、過PWM鎖存器輸出驅(qū)動信號從而使電路的反應能力更加靈敏。直接利用1腳作為反饋，其實也就是相當于增加了一個過載保護裝置，例如發(fā)生電路過載異常等情形時，用來環(huán)路補償?shù)?腳電壓會很快降低進而導致6腳的輸出截止，起到一個保護電路的作用。</p><p>　　4.2 反饋電路設計</p><p>　　如圖4-3所示，代號D11的TL431穩(wěn)壓管配合PC817光耦作為反饋電路，起到了一個監(jiān)測、通斷取樣

62、分析、反饋的作用，TL431穩(wěn)壓管元件當中的2.5V基準電壓會和經(jīng)由與光耦PC817的2腳串接的R5分壓之后的輸出電壓UO二者進行比較，此時就會存在一定的電壓偏差，而另一方面UC3842控制器的占空比便是由剛才的誤差電壓經(jīng)過光耦PC817來控制的，這樣形成的環(huán)路補償電路就可以比較輕松地操控著輸出電壓，而一旦這個環(huán)路出現(xiàn)波動幅度較大時，我們就可以通過調(diào)節(jié)PC817光耦和TL431這兩個模塊來使其穩(wěn)定。</p><p&g

63、t;　　圖4-3 反饋電路圖</p><p>　　4.3 控制電路的保護電路設計</p><p>　　如圖4-4中的UC3842芯片提供的保護電路所示，取樣電阻R12與UC3842的電流測定端ISENSE口相串接，以此用來監(jiān)測峰值電流，因為在制造UC3842芯片時其內(nèi)部就已經(jīng)設置了一個大小為1V的截止電壓，一旦電流出現(xiàn)異常致使R12分擔的電壓值超過該截止電壓1V，那么脈沖寬度調(diào)制便會自動關(guān)

64、閉發(fā)射的脈沖，以達到安全穩(wěn)定控制輸出的最大電流，防止因電路過載或短路造成的過流危害。R12監(jiān)測的峰值電流大小為Iipm=1V/R，我們可以選取3.2V/2W規(guī)格的電阻來充當R12這個監(jiān)測電阻。考慮到本次任務書給的輸入電壓介于最小值180V與最大值264V之間，又要保證電路能夠正常地運行，加上輸入的三相交流電中出現(xiàn)的120V大小的反電勢，對線圈的漏感造成的影響也不可以輕易忽略，并且漏感電壓最大值高達100V，這就要求我們的電路設計能夠經(jīng)得

65、住362+120+100=582V這樣的最大承受電壓，所以我們選取的MOSFET功率管就必須能經(jīng)受得了高壓即耐壓性能要好，為此，100V左右的MTH6N100規(guī)格的MOSFET功率管恰好可以符合現(xiàn)實情況所需的要求。</p><p>　　圖4-4 UC3842提供保護電路</p><p>　　5 充電器電路變壓器的參數(shù)選擇與計算</p><p>　　5.1 高頻變壓器

66、的計算</p><p>　　變壓器主要有視在功率、電壓比、效率等參數(shù)，其中變壓器一次側(cè)繞組與二次側(cè)繞組匝數(shù)比與視在功率需要著重仔細的計算。</p><p>　　5.1.1 變壓器磁芯的選擇</p><p>　　本次變壓器磁芯選擇的是價格便宜、高阻率以及磁芯的重復使用率較高的EE型磁芯，它是由軟磁的鐵氧體磁性材料構(gòu)成的，并且它的交流渦流損耗相對來說還是非常的低的，所以

67、我把它用到此次的方案設計中來了，既節(jié)約又高效。</p><p>　　5.1.2 變壓器主要參數(shù)的計算</p><p>　　a. 變壓器輸出功率</p><p><b>　　（5-1）</b></p><p>　　b. 變壓器計算功率</p><p><b>　?。?-2）</b&g

68、t;</p><p>　　其中，表示電源的效率</p><p>　　c. 設計的輸出能力</p><p><b>　　（5-3）</b></p><p><b>　　其中，</b></p><p>　　AP是磁芯截面積乘積，單位是cm4；</p><p&g

69、t;　　Pt 是變壓器計算功率，單位是W；</p><p>　　Bm是工作磁感應強度，單位是T；</p><p>　　Kj是電流密度系數(shù)；</p><p>　　f 是工作頻率，單位是Hz；</p><p>　　Kw是窗口占空系數(shù)。（其中Bm為0.2T；Kj為468；Kw為0.2）</p><p>　　根據(jù)式（5-3）的

70、計算結(jié)果可知EE65型磁芯的參數(shù)和尺寸最符合這次設計要求的目的。</p><p><b>　　d. 線圈計算</b></p><p>　　本設計的高頻變壓器設計采用EE65型磁芯，設定占空比=0.9。</p><p><b>　　（5-4）</b></p><p>　　變壓器的二次側(cè)匝數(shù)N2的計算過

71、程如下:</p><p><b>　?。?-6）</b></p><p><b>　　匝</b></p><p><b>　　（5-7）</b></p><p>　　匝 </p><p>　　所以變壓器的二次側(cè)的繞組匝數(shù)可以選

72、擇6匝。</p><p>　　5.2 其他元器件的選擇與計算</p><p>　　圖5-1 TL431的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖</p><p>　　TL431的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖5-1所示，從上圖可以直觀了解到其內(nèi)部存在著一個2.5V的基準源Vref，它的位置接在了運算放大器的反相輸入端，圖中的三極管的類型為NPN型，主要的作用是為了調(diào)節(jié)電路里面的負載電流，并且在其旁邊并聯(lián)的二極管主

73、要是為了避免ANODE端與CATHODE端極化影響TL431的性能。</p><p>　　6 PCB布置圖的設計</p><p>　　6.1 選擇各元器件的封裝</p><p>　　在畫PCB圖之前我們必須了解一些元器件的封裝，才可以實施下一步的操作，所以對于一些經(jīng)常用到的封裝整理如下如下表6-1所示：</p><p>　　表6-1常見元器件

74、封裝</p><p>　　6.2 PCB電路板的設計</p><p>　　PCB的電路板設計按如下的順序依次進行：</p><p>　　A. 首先從已經(jīng)畫好的SCH電路原理圖中了解需要的是哪些元器件的元件庫及其封裝，并結(jié)合本次使用的Altium Designer 10 軟件本身自帶的元器件庫及其封裝，經(jīng)過一番仔細盤查之后，發(fā)現(xiàn)有一些元器件的封裝很難找到，這就需要我們

75、親自動手根據(jù)所需元件的規(guī)格大小型號仔細制作，并加以保存安裝到庫里。</p><p>　　B. 接下來根據(jù)PCB創(chuàng)建向?qū)?，在File面板上單擊選擇PCB Board Wizard創(chuàng)建新的PCB板，對比電路原理圖的內(nèi)容規(guī)格尺寸利用Altium Designer 10對PCB線路進行繪制，當然前提是要在PCB的Mechanical層進行物理邊界的設置而且在其內(nèi)部的電氣邊界要在KeepoutLayer層上進行繪制，螺絲孔

76、的位置以及插件等等在布線區(qū)域里外合理布置避免出現(xiàn)一些低級失誤。</p><p>　　C. 在進行大體的布局之后進行電氣規(guī)則檢查，彈出錯誤連接后對照原理圖重新修改繪制直到解決所有的問題。</p><p>　　D. 布線的優(yōu)化和絲印要根據(jù)電路原理圖及PCB的層數(shù)規(guī)格大小來安排，如果我們用到的是多層PCB，毫無疑問就需要鋪地線，至于絲印，由于PCB板只有兩層，過程還算是相對比較輕松的，需要注意的

77、是絲印不能讓器件遮擋到，一旦發(fā)現(xiàn)及時改正過來，避免不必要的混亂。</p><p>　　E. 在進行了多次的檢查糾正確保PCB最終圖板質(zhì)量后就可以制板了。</p><p>　　6.3 PCB電路板元器件的布置</p><p>　　在用Altium Designer 10 設計完成PCB之后，我們需要對PCB電路板的元器件的位置進行合理優(yōu)化地放置。一般情形下，我們把電氣

78、關(guān)系連接緊密的幾個部位元件放在一起，避免連線雜亂無章，也就是所謂的模塊化布置法，接著從電路的邊緣拉網(wǎng)式地向電路板的中央依次布置電源、信號線、開關(guān)信號電路、濾波反饋等電路模塊，其中濾波電容與兆耦電容應該盡量在電源周邊布置，總的來說，放置各功能模塊中的元件時既要考慮元件實際本身的大小形狀，也要考慮該模塊是否與另一個模塊有相同的屬性以便可以劃分到一個區(qū)域，這樣做到分區(qū)管理為之后的調(diào)整提供了方便，整體效果清晰整齊、多而不亂，最后，在PCB外圍為

79、之后的焊接工程留下足夠的空間。</p><p><b>　　結(jié)束語</b></p><p>　　在大四的這最后一學期里，為了能夠順利地完成畢業(yè)設計，我們把之前三年學過的知識重新加以溫習，進進出出學校圖書館查閱相關(guān)資料，進行筆記的整理，加上網(wǎng)上的搜索將這些零零散散的知識點加以融合運用，豐富了自身的知識體系，為以后的實際運用打下了堅實的基礎，也算的上是為大學四年來的生活畫

80、上一個圓滿的句號。</p><p>　　在本次的設計中通過比較不同方案之間的優(yōu)缺點聯(lián)系實際操作可行性，我選擇了PWM電流型模式的UC3842芯片控制的單端反激式電動汽車快速充電器的方案，根據(jù)任務書的要求，輸入的電壓在180V~264V之間，輸出電流為28A以及輸出電壓為72V、功率2000W。我在這次電路中的各個子電路之間加入了很多的具有濾波功能的電路模塊以此來減少輸出紋波的幅值波動。</p>&l

81、t;p>　　經(jīng)過不停地研究、論證、修改，我們用到了電力電子技術(shù)、數(shù)電、電路、模電、單片機控制技術(shù)、自控等等相關(guān)的知識，也算是畢業(yè)前的一次綜合練兵。</p><p>　　盡管如此，這次的設計之中也有很多的瑕疵之處，由于缺乏相關(guān)的專業(yè)知識和水平的不夠，對于反激式變換器的三種工作模式：電流連續(xù)模式（CCM）、電流斷續(xù)模式（DCM）以及電流臨界連續(xù)模式（BCM），沒有全方位地考慮以致存在著一定的漏洞，同時，設計的原

82、理電路中相關(guān)的參數(shù)造型沒有經(jīng)過仿真實驗的考證，其正確性也是值得商榷的。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1] 《基于電動汽車充電的一種改進型快速充電方法》楊夢勤，呂志鵬，樊紹勝編著，電力電子技術(shù)，2014年。</p><p>　　[2] 《反激式變換器DCM與CCM模式的分析與比較》孟建輝，劉文編著，通信電源

83、技術(shù)，</p><p><b>　　2011年。</b></p><p>　　[3] 《反激變換器不同工作模式時的穩(wěn)態(tài)分析與設計》高遜編著，電子設計應用，2012年。</p><p>　　[4] 《電動汽車快速充電器的研究》趙波編著，西南石油大學，2012年。</p><p>　　[5] 《電動汽車車載智能快速充電器的研

84、究與設計》楊婷，景占榮，高田編著，現(xiàn)代電力，</p><p><b>　　2011年。</b></p><p>　　[6] 《反激變化器不同工作模式時的穩(wěn)態(tài)分析與設計》張?zhí)m紅，陳道煉編著，鹽城工學院</p><p>　　報（自然科學報），2002年。</p><p>　　[7] 《電動汽車電池智能快速充電器的設計》黃會雄

85、，袁力輝，蘇神保編著，微計算機信</p><p><b>　　息，2013年。</b></p><p>　　[8] 《基于DCM模式的高壓輸出反激變換器》章治國，唐艷編著，微電子學，2011年。</p><p>　　[9] 《電動汽車充電器拓撲的設計考慮》秦海鴻，朱德明，嚴仰光編著，電源技術(shù)應用，</p><p><

86、;b>　　2011年。</b></p><p>　　[10]《基于BMS的電動汽車充電器設計》米長寶編著，西南交通大學，2011年。</p><p>　　[11]《單片微機原理與應用》羅印升主編，機械工業(yè)出版社，2012年1月。</p><p>　　[12]《微機原理與接口技術(shù)》周 鵬主編，機械工業(yè)出版社，2011年3月。</p>&

87、lt;p>　　[13]《單片微機原理及應用》（第三版）丁元杰主編，機械工業(yè)出版社，2011年6月。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　經(jīng)過一番忙忙碌碌，從畢業(yè)設計的選題到相關(guān)資料的收集，從方案論證的選擇到查漏補缺的修改，從同學之間的學習交流到教學樓圖書館之間的往復奔波，直到此時的定稿，猛然發(fā)現(xiàn)再過不久就要離開這再也熟悉不過的校

88、園，心中充滿萬般不舍、感慨頗多。在即將離開校園踏入社會的時候，有太多的人、太多的事值得我去感謝。</p><p>　　首先我十分感謝我的導師胡國文教授，在設計過程中當我屢屢碰壁百思不得其解的時候，胡教授都會把我們叫到懷德樓對我們進行一一詳細地指導，胡教授平時工作繁忙但仍不忘抽出時間來關(guān)心我們的畢設進度，正是這份悉心的關(guān)注，才使我們能夠順利地畢業(yè)。在此，我向您表示最真摯的敬意！胡導師的踏實作風、敢于創(chuàng)新、不斷超越的

89、精神也給我們樹立了榜樣，讓我們在以后的職業(yè)生涯發(fā)展中找到了學習的方向。</p><p>　　此外，我還要感謝與我一組的陸承宇、許益超等同學在此次畢業(yè)設計中提供的幫助，感謝每一位曾經(jīng)教給我專業(yè)知識技能、給我上過課的老師，在這兒請允許我把這畢業(yè)設計獻給我所有的師長、我的同窗和我的朋友及家人們。</p><p>　　最后，鄭重地感謝百忙之后仍不辭辛苦前來查閱這篇畢業(yè)設計的諸位老師！</p&

90、gt;<p><b>　　作者：</b></p><p><b>　　日期：</b></p><p><b>　　附 錄</b></p><p><b>　　附錄1：設計原理圖</b></p><p>　　附錄2：PCB正面元器件布置圖

91、</p><p>　　附錄3：PCB反面布線圖</p><p>　　附錄4：元器件目錄表</p><p><b>　　附錄1：設計原理圖</b></p><p>　　附錄2：PCB正面元器件布置圖</p><p>　　附錄3：PCB反面布線圖</p><p>　　附錄4：元