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电动汽车车载充电器Boost PFC AC/DC变换器设计

王源卿?? 李红梅?? 合肥工业大学 电子技术应用?? 2015年07月23日 ?? 收藏4

3.1 电压环设计

电压环的作用之一是将输出电压的变化反馈给电流环;作用之二是将二次谐波电压衰减到指定水平,以降低输入电流的畸变。另外,由于输出电容的充、放电,输出纹波电压滞后输入电压,故电压环的设计尚需兼顾考虑有足够的相移,以保证输出电压纹波与输入电压同相位。综上可知,需设置合理的补偿电路,使得电压环能够满足上述条件。

无补偿时, 电压环开环传递函数表达式为:

电压环设计

式中:Pin为输入功率,△V 为电压误差放大器输出电压范围。电压开环传递函数的伯德图如图4 中H 曲线所示,二次谐波得不到衰减,导致输入电流畸变变大,故需设置一个极点,使纹波电压得到较好的衰减,同时将纹波电压超前移相90°。

设计的补偿电路传递函数为:

电压环设计

综合考虑,配置极点频率等于穿越频率。此时,相位裕度为45°,系统稳定性较好, 且二次谐波得到了较大的衰减。加入补偿后的电压环传递函数的伯德图如图4中N 曲线所示,二次谐波获得了较大的衰减,且纹波电压超前相移90°。

图4 补偿前、后的电压环传递函数的伯德图
图4 补偿前、后的电压环传递函数的伯德图

3.2 电流环设计

电流环的作用是调节主电路输入电流,使之跟踪主电路输入电压,实现高PF 控制。电流环的设计思路是通过补偿电路的合理设计,增加其响应速度,同时确保系统的稳定运行。

无补偿电路时,电流环由PWM 比较器和功率级组成,开环传递函数表达式为:

电流环设计

电流开环传递函数的伯德图如图5 中H 曲线所示,电流环带宽很窄,且高频噪声得不到很好的抑制。为此,通过低频处设置零点,提高低频增益,增加带宽;同时,在高频处设置极点,抑制开关噪音。设计的补偿电路开环传递函数为:

电流环设计

为此,选取合适的截止频率,设定零点频率以及极点频率,使系统的相位裕度在45°以上,同时兼顾使电流环满足高增益和大带宽设计需求。设定截止频率为6.65 kHz ,零点频率为4.5 kHz ,极点频率为46 kHz ,相位裕度为48°,加入补偿电路后电流环传递函数的伯德图如图5 中N 曲线所示,加入补偿后的电流环在低频处,系统带宽较大;在高频处,开关噪声获得了较好的衰减;此外,系统相位裕度超过45°,能够实现系统的稳定运行。

图5 补偿前、后电流环传递函数的伯德图
图5 补偿前、后电流环传递函数的伯德图

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