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1、湖南工程学院毕业设计论文电动汽车交流充电电源设计摘要：随着不可再生能源的消耗不断消耗，各国开始发展电动汽车来促进节能减排。电动汽车充电技术分成有线充电和无线充电两种技术。其中，无线充电方式省去了充电电缆，所以安全、可靠、灵活、方便，发展前景更广阔。本文设计的交流电源是将工频交流电转换为所需的高频交流电。本文对电动汽车无线充电系统进行了分析，确定了本文研究的交流电源的组成部分。通过比较多种拓扑结构，最终选择三相桥式无控整流电路、BUCK电路和全桥式逆变电路作为交流电源的主电路。选择了数字信号处理器DSP作为电源的主控制器，控制交流电源的输出电压和输出频率。基于仿真软件MATLAB/simulin
2、k，建立了BUCK电路和逆变电路模型，验证了理论分析的有效性。关键词：交流电源、DSP、MATLAB仿真1湖南工程学院毕业设计论文The design of AC charging power supply for electric vehiclesABSTRACT：With the continuous consumption of non-renewable energy, countries began to develop electric vehicles to promote energy saving and emission reduction. Electric vehicl
3、e charging technology is divided into two technologies: wired charging and wireless charging. Among them, the wireless charging method omits the charging cable, so it is safe, reliable, flexible and convenient, and the development prospect is broader. The AC power supply designed in this paper is to
4、 convert the power frequency AC power to the required high frequency AC power.This paper analyzes the wireless charging system of electric vehicles and determines the components of the AC power supply studied in this paper. By comparing a variety of topologies, the three-phase bridge uncontrolled re
5、ctifier circuit, buck circuit and full-bridge inverter circuit are selected as the main circuit of the AC power supply. The digital signal processor DSP is selected as the main controller of the power supply to control the output voltage and output frequency of the AC power supply. Based on the simu
6、lation software MATLAB / simulink, the BUCK circuit and inverter circuit models were established, which verified the validity of the theoretical analysis.Keywords：AC power supply、DSP、MATLAB simulation1目录摘要IABSTRACTII第1章 绪论11.1 国内研究现状及分析11.2 国外研究现状及分析11.3 本课题研究内容2第2章 系统总体设计思路42.1 系统总体设计框图及说明42.1.1 主电
7、路介绍42.1.2 控制、驱动、保护电路介绍42.2 论证报告及分析52.3 本章小结6第3章 主电路设计73.1 主电路拓扑结构73.1.1 整流电路73.1.2 直流变换电路83.1.3 逆变电路103.2主电路参数计算123.3本章小结14第4章 控制电路154.1 控制电路系统结构154.1.1驱动、控制电路设计154.2主要控制芯片介绍164.3本章小结17第五章 控制系统软件设计185.1软件介绍185.2 主程序设计流程185.3 子程序设计流程185.4本章小结22第6章 系统仿真设计236.1 仿真软件介绍236.2 仿真模型设计236.2.1 buck电路236.2.2 逆
8、变电路246.3本章小结24结束语25参考文献26致 谢29附录A 部分程序30附录B 电路原理图33第1章 绪论1.1 国内研究现状及分析国内对电动汽车交流无线充电的研究主体大多是以高校和科研院进行的理论性研究，进行相关研究的企业并不多，可以制作成样机来进项示范性的更少。 东南大学黄学良教授及其团队在2013年制作出一台电动汽车无线充电样机，此样机在30cm的传输距离中，传输功率可以达到3000W,传输效率为90%以上。同时，该团队在无线充电系统频率跟踪1、发射端电源整体优化2等方向有一定研究。重庆大学孙跃教授及其团队从2002年起进行无线充电研究，是国内较早研究无线充电的高校之一,该团队在
9、电源技术及其控制方面有丰富的经验3。 哈尔滨工业大学朱春波教授及其团队分析了不同频率、功率、距离等场合中电动汽车交流无线充电的传输情况，并进行了实验4。该团队还对负载阻抗特性、电磁屏蔽、系统传输特性等进行了详细的研究。应用E类功率放大器作为无线充电系统电源进行实验，在频率为1MHz时，输出功率达到78W,传输效率达到了76.5%5。中国科学院电工研究所李艳红教授及其团队，利用E类功率放大器作为高频电源对磁耦合式无线充电系统进行研究与设计。在参数选择、电磁屏蔽、电路损耗以及频率跟踪等方面均有较为深入的研究6。天津工业大学杨庆新教授及其团队在磁耦合式无线充电技术方向有着很大的影响力。该团队主要对线
10、圈及其补偿网络进行建模研究与实验，对比了线圈形状、位置、材料等对功率效率的影响，同时进行了线圈结构及补偿网络的优化，设计了不同样机7。 此外，北京交通大学、清华大学、浙江大学、华南理工大学、南京理工大学、中国电力科学研究院、中兴通讯股份有限公司、华为通讯、比亚迪汽车公司等高校、科研单位、企业也对电动汽车无线充电技术进行了研究，并取得了一定的成果。与此同时，随着电力市场的开放，电力用户对电能质量的要求也在提高；电力生产与供应企业也比以往任何时候都重视电力系统运行的经济性。1.2 国外研究现状及分析目前，国外以美、英等西方国家在交流高频电源的研究开发领域投入大量人力、物力、财力。美国电动汽车交流高
11、频充电电源可划分为 2 类：（1）交流 Level-1 充电电源，（2）交流 Level-2 充电电源。现今具有一定规模、较为完善的充电设施是交流 Level-2 充电电源。Level-2 充电电源分布数量最多，范围较 Level-1 广，基本遍布全美各大主要交通枢纽点，Level-2 充电电源主要应用于卡车及其他大型车辆的充电，正常充电时间不超过 4小时8。2018 年，为有效缓解电动汽车充电桩占地面积大的问题，英国的牛津市出资逾400 万元在城市街道居住区装设 20 台世界第一批弹出式电动汽车充电电源。这 20 台充电电源是由英国的电动汽车充电技术公司 Urban Electric 研究开
12、发，每个充电机可提供5.8k W 的充电功率9。奥克兰大学无线供电研究团队基于其对系统功率传输特性分析和磁路优化设计，目前已成功研制了 3.3kW -6.6kW -20kW 三个功率等级的无线充电电源产品10。早在100多年前，美国科学家尼古拉特斯拉就提出无线电能传输的理论。此后一直有学者进行无线充电的可行性研究。直到20世纪80年代，随着电磁感应技术的发展，新西兰奧克兰大学的Boys课题组经过不断努力，成功将其应用到无线电能传输中11-14。但此时，传输距离只能达到几厘米，且能量传输过程中对于磁路的要求严格，无法达到大量应用。直至2007年7月，美国麻省理工学院的MarinSoljacic团
13、队，利用磁耦合谐振原理，以9.9MHz的频率，成功在线圈距离2m时点亮一盏功率60w的灯泡，传输效率达到了40%15-17。此次试验的成功，解决了无线电能传输中传输距离近的问题，加速推进了无线充电技术的发展。此后，该团队又进行了移动式无线充电、多设备间无线充电、距离变化情况下的无线充电等研究18-19。在2010年,新西兰奧克兰大学Budhia教授团队实现了无线充电地面装置与车载电池能量的双向传输系统20,而后又实现了一端发射，多端接收的无线充电双向传输系统21。与此同时，其团队提出了新型DDQ线圈结构，此结构可以很大程度上允许线圈在与磁芯垂直方向上发生的位置偏移，即在实际中可以允许汽车停车时
14、产生一定量的偏移。2011年9月，日本HI石川岛建机株式会社将电动汽车无线充电应用于实际中，在路面安装发射装置，汽车底盘安装接收装置，对电动汽车电池进行充电。在无线电能传输的理论方面，美国的麻省理工学院在 2007 年最先提出磁共振式无线电能传输方法，其后斯坦福大学、华盛顿大学、匹兹堡大学、杜克大学等分别从功率、频率、移动供电等多方面进行研究22。总体上，国外对充电电源的研究主要侧重于提高充电机功率以及优化无线充电传输效率等无线传输环节等方面线充电高频电源的输出电压功率的调节与控制，以及针对负载变动时提高高频电源输出电压稳定性的控制方法等方面的研究较少。1.3 本课题研究内容本课题以电动汽车为
15、控制对象，设计电动汽车交流充电电源，主要研究内容如下： 1、通过查阅文献对当前电动汽车充电电源国内外发展现状进行了分析归纳，研究电动汽车交流充电电源的工作原理及设计方法。2、设计交流充电电源，包括主电路、控制电路、驱动保护电路。其中主电路包含了整流电路、直流变换电路和逆变电路的设计。3、对于主电路中软启动与滤波电路、整流器、直流变换器、高频逆变器和控制电路进行选型和参数计算，并对充电电路的兼容性、稳定性分析。4、绘制交流充电电源电路原理图5、核算充电电源成本，并分析交流充电电源硬件对环境的影响。 第2章 系统总体设计思路2.1 系统总体设计框图及说明电动汽车交流充电电源由主电路和控制电路组成，结构框图如图 2-1 所示。电源的主电路包括整流电路、直流变换电路和逆变电路。主电路部分的作用是将供电端一侧电能能量传输给负载一侧，实现电能的变换和传输。首先通过三相整流电路将380V、50Hz 的三相工频交流电变换为直流电，再通过直流变换电路得到所需电压的直流电；最后通过逆变电路可得到所需频率的交流电，然后供给负载。逆变电路直流变换
