作者 侍佳奇 许路 上海大学(上海 200072)
*2017“罗姆杯”上海大学大学生立异规划大赛最佳规划奖
摘要：提出了一种新式快速充电战略，并规划和制作了可满意12 V/40 Ah锂电池组快速充电需求的高功率密度AC/DC电源，介绍了AC/DC电源拓扑结构、要害元件选型及参数核算。快速充电器输入PF大于0.98，额外作业点功率大于90%。可完结12.8 V/40 Ah锂电池组3小时内100%SoC快速充电[1]。
0 导言
锂蓄电池组本身具有大电流充放电才能，惯例快速充电技能能够完结电动汽车等机动储能设备的应急电能弥补，但在锂电池充电后期单节电池充电不平衡、快速充电器体积过大不宜便携。本项目规划的快速充电器样机体积小于8安培惯例充电器，选用大电流充电+单节电池并联浮充形式，锂电池组可在2小时完结快速均衡充电。
跟着现代电力电子技能的开展、高频开关器材的诞生，开关电源向着高频化、集成化和模块化的方向开展。进步开关频率能够减小设备体积，进步设备的功率密度减小电源体积。谐振改换器因为其能完结软开关，有用地减小了开关损耗，使得频率能进一步进步，所以在高频功率改换范畴得到广泛的注重和研讨[1]。为此本文规划了一款PFC+LLC带有同步整流的快速充电体系规划。整机功率密度和功率优于市售同类产品。
1 体系计划规划
1.1 总体计划
快速充电器样机选用PFC+LLC+SR拓扑，电路如图1所示。PFC电路作业在CCM形式，开关频率65 kHz。电路选用罗姆公司SCS206AG碳化硅二极管，其反向康复电流小于50微安，CCM形式能够有用减小共模滤波器的体积及MOSFET电流应力。PFC电路输出电压390 V。LLC谐振改换器操控芯片选用安森美公司NCP1399，其为电流形式的谐振操控器，较传统的电压形式操控器有着更好的动态呼应以及快速安稳谐振腔的发动次序和低的轻载损耗[3]。根据IR1168的同步整流电路有用进步整机功率。
1.2 AC/DC电源样机基本参数：
输入电压：AC 85~265 V
输入频率：47~63 Hz
输出电压：DC 14.6 V
输出电流：额外值15 A(限流值20 A)
PF值：0.98+
功率：0.90(额外负载)
纹波电压：30 mV(RMS)，50 mV(Vpp)
1.3 参数核算及元件选型
1.3.1 PFC参数核算及元器材挑选
沟通均匀最大输出电流：
铁芯资料可选取具有散布气隙的铁粉芯，铁硅铝或许磁粉芯(MPP)，铁粉芯价格最低可是损耗太大不合适用作PFC电感;磁粉芯(MPP)损耗小可是价格较高，在一般运用中不太合适。铁硅铝价格适中，损耗比磁粉芯大，但比铁粉芯小许多一般运用能够承受。本次规划中选用美磁公司的环形铁芯(0077930A7)。
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MOS管挑选ROHM公司的R6007KNJ，其结%&&&&&%较小能够减小MOS的开关损耗。小电流的MOS管通态电阻较大(0.7 Ω)能够挑选两个并联减小通态损耗。二极管挑选ROHM公司的碳化硅二极管SCS206AG，因为碳化硅二极管不存在反向康复问题。在接连形式的PFC中，二极管关断之前存在较大流转电流，假如运用传统快康复二极管或许超快康复二极管因为其反向康复特性会导致瞬间较大的直通电流，形成二极管损耗变大而且电磁搅扰大。操控芯片选用TI的UCC28019，这是一款宽规模电压输入的频率固定的PFC专用芯片，带有过压和欠压维护，而且具有逐周期电流检测的限流功用。
1.3.2 LLC参数核算
设定开关频率85 K~220 K(谐振频率100 K)
匝比核算：
变压器磁芯挑选TDK PC95铁芯，考虑变压器铁芯高频损耗，取铁芯最大磁通密度幅500 Gs。其铁芯损耗曲线见图2，利兹线绕组规划确保200 kHz时导线沟通电阻和直流电阻共同[4]。
趋肤深度：
(15)
导线直径d=2r≈0.3 mm ，导线截面积S=πr2=0.0688 mm2
二次侧电流最大为15 A，天然风冷的情况下取4 A/mm2，电流则需3.725 A。需求的股数为
。故利兹线可选取0.3*50股。
挑选罗姆公司功率场效应管SCT3080AL，Qgs仅为14 nC，通态电阻小于80 mΩ。操控芯片选用NCP1399。
1.3.3 同步整流及辅佐电源规划
选用罗姆公司RD3L08CNG完结输出同步整流,其通态电阻小于7 mΩ(10 V驱动电压)通态损耗可较二极管输出大大减小。同步整流驱动芯片选用IR公司的IR1168S,其最大开关频率为500 K，具有输出电压箝位功用，驱动峰值电流达4A。
选用罗姆公司的BM2P039,该芯片内部集成了MOS可高压发动，而且带有调频功用可减小EMI搅扰减小空载损耗。
1.3.4 维护电路
体系具有过温过流维护，实时监测二次侧采样电阻电压，经光耦反应至一次侧操控单元完结过流维护。现在专用%&&&&&%能够直接检测一次侧电流完结过流维护。
选用热敏电阻等温度传感器检测电源要害发热门温度，完结过温维护。
2 样机测验
满载工况(14.6 V，15 A输出)下，电源输入电压电流波形如图3所示，实测PF值大于0.98。电源功率如表1所示。
12.8 V/40 Ah磷酸铁锂蓄电池组充放电循环试验，锂电池组100%SoC浮充电压及恒流放电电量比照如图4所示。
比照惯例充电方法，快速充电+并联浮充的充电计划能够在3小时内完结100%SoC充电，磷酸铁锂蓄电池组引荐浮充电压14.6 V，选用并联浮充方法能够确保单节电池浮充电压为3.65V，完结充电后蓄电池组开路电压均匀值13.999。15 A恒流均匀放电时刻9361.429 s，等效容量39 Ah。8 A惯例充电，充电时刻挨近6小时，相同浮充电压(14.6 V)下，蓄电池组均匀开路电压13.448 V，有用均匀放电时刻8897.143 s，等效容量37 Ah。
参考文献：
[1]B Yang.Topology Investigation for Front End DC/DC Power Conversion for Distributed Power System,2003.
[2]UCC28019 Datasheet[DB/OL].http://www.ti.com.cn/cn/lit/ds/symlink/ucc28019.pdf.
[3]NCP1399 Datasheet[DB/OL].https://www.onsemi.cn/pub/Collateral/NCP1399-D.%&&&&&%.
[4]赵修科 《开关电源中磁性元器材》 2004
[5]SCT3080AL Datasheet[DB/OL].http://www.rohm.com.cn/web/china/datasheet/SCT3080AL/sct3080al-e.
本文来源于《电子产品世界》2018年第8期第49页，欢迎您写论文时引证，并注明出处。
