6.6KW车载充电机（两级变换结构）

现代开关电源有两种：一种是直流开关电源；另一种是交流开关电源。这里主要介绍的只是直流开关电源，其功能是将电能质量较差的原生态电源（粗电），如市电电源或蓄电池电源，转换成满足设备要求的质量较高的直流电压（精电）。直流开关电源的核心是DC/DC转换器。因此直流开关电源的分类是依赖DC/DC转换器分类的。也就是说，直流开关电源的分类与DC/DC转换器的分类是基本相同的，DC/DC转换器的分类基本上就是直 流开关电源的分类。 直流DC/DC转换器按输入与输出之间是否有电气隔离可以分为两类：一类是有隔离的称为隔离式DC/DC转换器；另一类是没有隔离的称为非隔离 式DC/DC转换器。 隔离式DC/DC转换器也可以按有源功率器件的个数来分类。单管的DC/DC转换器有正激式（Forward）和反激式（Flyback）两种。双管DC/DC转换器 有双管正激式（DoubleTransistor Forward Converter），双管反激式（Double Transistor Flyback Converter）、推挽式（Push-Pull Converter） 和半桥式（Half-Bridge Con

2KW开关电源可直接使用SIMULINK仿真

两级变化，前级单Boost PFC后级移相全桥；开关模式电源（Switch Mode Power Supply，简称SMPS），又称交换式电源、开关变换器，是一种高频化电能转换装置，是电源供应器的一种。其功能是将一个位准的电压，透过不同形式的架构转换为用户端所需求的电压或电流。开关电源的输入多半是交流电源（例如市电）或是直流电源，而输出多半是需要直流电源的设备，例如个人电脑，而开关电源就进行两者之间电压及电流的转换。开关电源不同于线性电源，开关电源利用的切换晶体管多半是在全开模式（饱和区）及全闭模式（截止区）之间切换，这两个模式都有低耗散的特点，切换之间的转换会有较高的耗散，但时间很短，因此比较节省能源，产生废热较少。理想上，开关电源本身是不会消耗电能的。电压稳压是透过调整晶体管导通及断路的时间来达到。相反的，线性电源在产生输出电压的过程中，晶体管工作在放大区，本身也会消耗电能。开关电源的高转换效率是其一大优点，而且因为开关电源工作频率高，可以使用小尺寸、轻重量的变压器，因此开关电源也会比线性电源的尺寸要小，重量也会比较轻。 若电源的高效率、体积及重量是考虑重点时，开关电源比线性电源要

全桥LLC谐振电路可直接使用

有电阻R、电感L和电容C元件的交流电路中，电路两端的电压与其中电流相位一般是不同的。如果调节电路元件（L或C）的参数或电源频率，可以使它们相位相同，整个电路呈现为纯电阻性。电路达到这种状态称之为谐振。 谐振的实质是电容中的电场能与电感中的磁场能相互转换，此增彼减，完全补偿。电场能和磁场能的总和时刻保持不变，电源不必与电容或电感往返转换能量，只需供给电路中电阻所消耗的电能。 按电路联接的不同，有串联谐振和并联谐振两种。 串联谐振。由ZL=JWL,得出电感阻抗随频率增加。由ZC=1/JWC,得出电容阻抗随频率减少；因此，当电容器与电感器串联连接时，它们的阻抗会被相互抵消。在低频时，它就像一个电容，高频时它就像一个电感，在频率为W= 1/LC时，阻抗为0，相当于短路，电流达到最大值，在电感和电容上可能产生比电源电压大很多倍的高电压，又叫电压谐振。 串联谐振电路 并联谐振是指在电阻、电容、电感并联电路中，电容和电感阻抗相等，出现电路端电压和总电流同相位的现象。整个电路呈纯电阻性，线路中总电流最小，支路电流往往大于总电流，因此又叫电流谐振。 并联谐振电路 LLC电路

交错并联Boost PFC电路

交错并联Boost PFC电路包含了两个开关管S1和S2，两个开关管交错导通。具体的主电路拓扑结构如下图3.4。 图3.4 交错并联BOOST PFC主拓扑 由上图可知前级AC/DC电路的四个工作模态如下： 模态1：S1、S2闭合， L1和L2充电，C2放电。 模态2：开关管S1导通、S2关断，电感L1充电，L2放电供给负载。 模态3：S1、S2闭合， L1和L2充电，C2放电。 模态4：开关管S2导通、S1关断，电感L2充电，L1放电供给负载。 四个模态的等效电路图如下： 图3.5 交错并联Boost PFC等效电路图 由图3.5可知模态1时刻电感L1和L2充电，iL1和iL2线性增加，电容C两端的电压下降。模态2时刻，iL1继续线性上升，电容C两端的电压增加，iL2电流减少。模态3时刻， L1、L2充电，电容C放电，两端的电压降低。模态四时刻，iL2继续上升，电容C两端的电压上升，iL1电流减少。 本节将会根据PFC Boost电路的设计指标列出两种PFC电路详细参数计算和器件选型。PFC电路的设计指标如下表3.1所示。 表3.1 PFC设计指标 内容 技术指标

2KW移相全桥实现软开关

移相全桥变换器的工作原理为利用原边的串联电感和变压器漏感以及开关管的寄生电容发生串联谐振，采用移相控制策略实现开关管的ZVS[5-7]。DC-DC变换器主要应用于开关稳压电源等场合。而传统的硬开关技术无法做好提高开关频率，硬开关的开关频率过高，系统的效率会下降开通关断过程中的损耗会增加[15-19]。目前，开关电源向着轻质、小巧、高效方向发展。所以，为了解决上述问题，必须使用软开关技术。有利于大大地减小开关损耗，提高了DC-DC变换器的效率，同时，有效地减少了电磁干扰[20-23]。 本文所选用的ZVS移相全桥变换器的拓扑如下图4.1所示： 图4.1移相全桥变换器的拓扑结构图 其中开关管VQ1和VQ3构成超前桥臂，开关管VQ2和VQ4为滞后桥臂。电容C1，C2，C3，C4为VQ1、 VQ3 、VQ2、VQ4各自的寄生电容。VD1 ，VD2，VD3，VD4为与开关管相对应的体二极管，L1为谐振电感，变压器匝数比为K。其原理是充分利用原边串联电感器或变压器的漏感和电源开关管之间的寄生电容，通过移相控制，使开关管在电压为0时开通，副边二极管电流为0时开通，从而大大提高了其实际工作效率[1

单相Boost PFC 电路

单相Boost PFC电路简化结构如下图3.1所示。单相电路由220V交流电源，升压电感L1，滤波电容C1，以及D1，D2，D3，D4组成的整流桥，开关管S1构成。 图3.1单相Boost PFC电路简拓扑图 工作原理：220V交流电经整流桥整流和滤波电容C1滤波后输入，升压电感L1作为储能元件。当开关管S1打开时，在接通的一瞬间，电容C2充电，二极管D5反向截止，整流后的电流流经电感L1直接流回电源负极，此时电感L1处于储能状态，电路的输出依由C2放电来维持；本节将会根据PFC Boost电路的设计指标列出两种PFC电路详细参数计算和器件选型。PFC电路的设计指标如下表3.1所示。 表3.1 PFC设计指标 内容 技术指标 输入电压 AC220V±20% 输出电压 DC400V±5% 输出功率 7kW 输入频率 50Hz 谐波失真 <5% 功率因数 >0.98 效率 >97% 由表3.1可知：前级的输入为（176V/50Hz~264V/50Hz）的交流电，最终输出的直流电压范围为（380V~420V），输出功率为7kW（由于电路中存在一定损耗，为了保证最终可以6.6kW的输出）。电