电动汽车DCDC变换器的设计毕业作品.docx

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电动汽车DCDC变换器的设计毕业作品

BIYESHEJI

（20届）

电动汽车DC/DC变换器的设计

所在学院

专业班级自动化

学生姓名学号

指导教师职称

完成日期年月

摘要

电动汽车DC/DC变换器是现代电力电子设备不可或缺的组成部分，其质量的优劣直接影响子设备性能，其体积的大小也直接影响到电子设备整体的体积。

本设计根据设计任务进行了方案设计，设计了相应的硬件电路，研制了半桥开关电源。

整个系统包括主电路、控制电路和反馈电路三部分内容。

系统主电路包括单相输入整流、半桥式逆变、高频交流输出、输出整流、输出滤波几部分。

控制电路包括主电路开关管控制脉冲的产生和保护电路。

论文具体地介绍了主电路、控制电路、驱动电路等各部分的设计及实验过程，包括元器件的选取以及参数计算。

本设计中采用的芯片主要是PWM控制芯片SG3525A。

设计过程中程充分利用了SG3525A的控制性能，具有宽的可调工作频率，死区时间可调，具有输入欠电压锁定功能和双路输出电流。

关键词：

直流变换器；SG3525；高频变压器；MOSFET

Abstract

ElectricvehicleDC/DCconverterisamodernpowerelectronicequipmentindispensablecomponent,itsqualityhasadirectinfluenceonequipmentperformance,itssizewilldirectlyaffectthewholevolumeofelectronicequipment.Accordingtothedesignofdesigntasksforthedesign,designsthecorrespondinghardwarecircuit,ahalf-bridgeswitchingpowersupplydevelopment.Thewholesystemconsistsofmaincircuit,controlcircuitandfeedbackcircuitthreeparts.Systemmaincircuitcomprisesasingle-phaseinputrectifier,half-bridgeinverter,highfrequencyACoutput,outputrectifier,outputfiltersections.Thecontrolcircuitcomprisesamaincircuitswitchtubetocontrolthepulsegenerationandprotectioncircuit.Thispaperintroducesthemaincircuit,controlcircuit,drivingcircuitandotherpartsofthedesignandtheexperimentalprocess,includingtheselectionofcomponentsandparameterscalculation.ThedesignofthechipismainlyPWMcontrolchipSG3525A.Thedesignprocessofmedium-rangemakesfulluseofSG3525Acontrolperformance,wideadjustablefrequency,adjustabledeadtime,withinputunder-voltagelockingfunctionanddualoutputcurrent.

Keywords:

DC/DCconverter;SG3525;high-frequencytransformer;MOSFET

摘要I

AbstractII

目录III

第一章绪论1

1.1课题选择的背景及意义1

1.2电动汽车DC/DC变换器的发展概况2

1.3本文所研究的课题内容3

第二章电动汽车DC/DC变换器的原理4

2.1电动汽车DC/DC变换器控制系统概述4

2.2电动汽车DC/DC变换器的基本结构4

2.3MOSFET基本原理5

2.4PWM调制技术6

2.5高频变压器的原理介绍7

第三章电动汽车DC/DC变换器主电路的设计9

3.1半桥电路的结构与工作过程9

3.2主要功率器件的选型12

3.2.1MOSFET参数的确定12

3.2.2自举电容的选取13

3.3高频变压器设计14

3.4输出整流回路的设计16

3.4.1输出整流回路的结构16

3.4.2快恢复二极管的选择16

3.4.3滤波电感的选择18

3.4.4滤波电容的选择18

第四章.DC-DC变换器控制电路的设计20

4.1PWM控制芯片SG3525功能简介20

4.1.1SG3525引脚功能及特点简介20

4.1.2SG3525的工作原理23

4.2电动汽车DC/DC变换器反馈电路的设计27

4.2.1输出电压反馈电路27

4.2.2过压保护电路的设计28

4.2.3输出限流电路29

总结31

参考文献33

致谢34

第一章绪论

1.1课题选择的背景及意义

DC／DC变换器是燃料电池电动汽车的重要组成部分，它的研制直接关系到燃料电池电动汽车的稳定与性能。

研制大功率DC／DC变换器涉及到现代电力电子、电磁兼容、微电子及自动控制等多个技术领域，是确保燃料电池汽车能够在性能上与传统汽车抗衡的关键部分之一。

因此，开发和研制大功率DC／DC变换器其有较为重大的科学意义和社会意义：

（1）解决能源危机，改善环境。

（2）提高我国大功率DC／DC变换器理论和产品的研发水平。

使我国在大功率DC／DC变换器技术方面迅速赶上国际先进水平，填补我国在这一领域的空白。

（3）DC／DC变换器是一个高阶，多变量，强耦合的非线性系统，对其进行

稳定研究是一项很艰巨的任务。

本课题就是如何设计一个科学、合理的控制器，从而可以改善系统的性能，并提高控制系统工作的稳定性、可靠性和安全性。

（4）促进燃料电池电动汽车的发展。

（5）大功率DC／DC变换器还可应用在燃料电池移动电源，城市轨道交通等诸多领域，促进燃料电池技术走向产业化，市场前景广阔。

（6）参与国际竞争，抢占同际市场。

动车起源于十九世纪中后期的欧洲，从1873年英国人首次在马车基础上制造出一辆电动三轮车开始，到二十世纪初期，电动车经历了一个较为快速的发展阶段。

1900年美国电动车占其汽车产量的37.5%，比燃油汽车的223%多。

进入二十世纪，由于大量发现油田，石油开采提炼和内燃机技术的迅速进步，电动车则由于电池技术进步缓慢，在性能、价格等方面都难以与燃油汽车竞争而逐步被燃油汽车所取代。

到1920年以后，在美国公路上已看不到电动车了。

上个世纪七十年代以来几次石油危机唤起了人们对有限石油资源的关注，目前世界石油资源日趋紧张，石油价格始终居高不下。

同时，80年代以来，随着全球经济的稳步发展，汽车的产量和保有量急剧增加。

这些燃油汽车所排放的废气造成空气质量日趋恶化。

引起了世界各国，尤其是发达国家的普遍关注，自90年代起，以美欧为主的一些西方国家开始制订并逐步执行严厉的汽车尾气排放标准。

低能耗、无污染的绿色汽车

开始成为人们关注的热点，电动车又重新受到重视。

各国政府和各大汽车企业都正在加紧开发低排放、低油耗的清洁汽车。

各种新材料和新技术在电动车上不断被开发应用，电动车进入了新的发展阶段。

1.2电动汽车DC/DC变换器的发展概况

直流-直流变换器（DC/DC）变换器广泛应用于远程及数据通讯、计算机、办公自动化设备、工业仪器仪表、军事、航天等领域，涉及到国民经济的各行各业。

按额定功率的大小来划分，DC/DC可分为750W以上、750W～1W和1W以下3大类。

进入20世纪90年代，DC/DC变换器在低功率范围内的增长率大幅度提高，其中6W～25WDC/DC变换器的增长率最高，这是因为它们大量用于直流测量和测试设备、计算机显示系统、计算机和军事通讯系统。

由于微处理器的高速化，DC/DC变换器由低功率向中功率方向发展是必然的趋势，所以251W～750W的DC/DC变换器的增长率也是较快的，这主要是它用于服务性的医疗和实验设备、工业控制设备、远程通讯设备、多路通信及发送设备，DC/DC变换器在远程和数字通讯领域有着广阔的应用前景。

DC/DC变换器将一个固定的直流电压变换为可变的直流电压,这种技术被广泛应用于无轨电车、地铁、列车、电动车的无级变速和控制，同时使上述控制具有加速平稳、快速响应的性能,并同时收到节约电能的效果。

用直流斩波器代替变阻器可节约20％～30％的电能。

直流斩波器不仅能起到调压的作用（开关电源）,同时还能起到有效抑制电网侧谐波电流噪声的作用。

DC/DC变换器现已商品化,模块采用高频PWM技术,开关频率在500kHz左右,功率密度为0.31W/cm3～1.22W/cm3。

随着大规模集成电路的发展,要求电源模块实现小型化,因此就要不断提高开关频率和采用新的电路拓扑结构。

目前，已有一些公司研制生产了采用零电流开关和零电压开关技术的二次电源模块,功率密度有较大幅度的提高。

电子产业的迅速发展极大地推动了开关电源的发展。

高频小型化的开关电源及其技术已成为现代电子设备供电系统的主流。

在电子设备领域中,通常将整流器称为一次电源,而将DC/DC变换器称为二次电源。

一次电源的作用是将单相或三相交流电网变换成标称值为48V的直流电源。

目前，在电子设备中用的一次电源中,传统的相控式稳压电源己被高频开关电源取代,高频开关电源（也称为开关型整流器SMR）通过MOSFET或IGBT实现高频工作,开关频率一般控制在50kHz～100kHz范围内,实现高效率和小型化。

近几年,开关整流器的功率容量不断扩大,单机容量己从48V/12.5A、48V/20A扩大到48V/200A、48V/400A。

因为电子设备中所用的集成电路的种类繁多,其电源电压也各不相同,在电子供电系统中，采用高功率密度的高频DC/DC隔离电源模块,从中间母线电压（一般为48V直流）变换成所需的各种直流电压,可以大大减小损耗、方便维护,且安装和增容非常方便。

一般都可直接装在标准控制板上,对二次电源的要求是高功率密度。

因为电子设备容量的不断增加,其电源容量也将不断增加。

 高性能化主要包括高电压、大容量、降低导通电压低损耗、高速度和高可靠性等4个方面。

如IGBT的电流可达2kA～3kA、电压达到4kV～6kV，降低损耗是所有复合器件的发展目标。

预计在21世纪IGBT、智能化功率模块（IPM）等器件的导通电压可降到1V以下，而MOSFET、IBGT、MCT等器件的应用频率将达到兆赫数量级。

1.3本文所研究的课题内容

电动汽车在中国面临着难得的发展机遇，国家和地方政府层面初步形成的策略框架式电动汽车蚕业发展的重要基础，快速增长的汽车市场保障了电动汽车未来的市场前景，而国内的汽车和零件部企业技术的不断成熟也使电动汽车未来实现产业化成为了可能。

电动汽车的动力电车有64V、72V、96V、144V、240V、336V等，而电动汽车信号、灯光、雨刮器、电动车窗等用电设备仍为12V。

电动汽车DC/DC变换器把电动汽车蓄电池组的高电压经过变换为电动汽车12V电源。

第二章电动