PWM整流器在电动汽车充电机上的应用

通过这个软开关结构可以将整流桥和辅助开关完全置于软开关的条件之下，同时能够省去直流环节的滤波电容（电解电容），能够减小充电器的体积，并且能够对延长充电机的寿命起到极大的作用。

4 实现单位功率因数运行

对整流器交流侧运用基尔霍夫电压定律可以得到电网电压、整流桥压降和电感电阻压降之间的电压关系等式：

（1）由于分布电阻r的阻值较小，忽略分布电阻压降后可以得到电压之间的向量图如图4（a）所示。


提高系统的功率因数，并实现单位功率因数运行，交流侧的电压和电流的方向需要保持一致（如图4（b））所示，可以通过控制三相整流桥上的压降的大小和相角来调节电流的方向。采用直接电流控制来调节三相整流桥上的压降，通过对整流器直流侧的电压进行反馈和交流侧电流的前馈控制，可以实现调节的大小和向量，并最终使交流侧电压电流的方向保持一致，实现高功率因数运行。

5 svpwm应用在pwm整流器

svpwm在整流器上被广泛的应用着，因为最大输出电压比spwm调制方法要高出15%，同时谐波特性也要比别的调制方法要好很多［18］，同时能够保持最低的开关频率［19］，但是在将svpwm应用到带有软开关的整流器的时候，在采样周期的电压向量序列需要做一些改变。

（2）其中，瞬时空间向量是dq坐标系下的8个空间向量，如图5（a）所示，大小为，其中包含6个非零的向量v1~v6和两个零向量v0、v7，并且将整个dq平面均分成6个扇形区域ⅰ~ⅵ。

根据文献［20］，在带有软开关的三相整流器中，采用svpwm方式最好的调制方法是按照图5（b）所描述的向量作用顺序，使用这种方法能够获得最低的失真度（df）和最小的总谐波失真（thd）。在图5b的调制方法中，v0、v1、v2分别代表的是零向量和两个非零向量。在同一个扇形区域中，两个非零向量在作用时间t=2*δθ=2ωts中交替着作为第一个作用向量，并且在两个非零向量作用时间中间添加进零向量的作用时间。

图6为三相整流器的控制框图，分为3个部分：最左侧的是软开关作用时间和向量序列作用时间控制块，负责产生谐振控制时间t1和三个电压合成向量的作用时间t0、t1、t2；中间是软开关和整流器igbt门信号的产生器，通过接收控制器的时间信号，产生满足要求的igbt门信号；最右侧则是被控对象三相整流桥（vsr）和软开关（zvs）的电路。通过控制sa1、sa2的通断，给svpwm的向量作用序列创造零电压的开关时间，同时按照改进的svpwm向量作用顺序，能够极大的减小因为功率管增多而造成的充电效率下降的问题。

6 仿真结果

为了进行实验研究和分析，对带有软开关的三相pwm整流器在matlab/simulink中进行了仿真，仿真的参数如下：交流侧的三相电压为380v，开关频率为20khz，直流侧电压设定值为450v，电路参数：cr1=6500μf，cr2=450μf，lr=20mh。

仿真结果如图7和图8所示：图7（a）中表示的是直流侧电压的仿真波形，可以发现直流侧电压vdc基本稳定在450v，而且电压的波动范围很小，符合设计的要求，图7（b）表示的是电网侧交流电压电流之间的关系，在直流侧电压稳定后，电压和电流一直保持着同相的关系，功率因数接近为1，能够实现充电机的高功率因数运行的要求；图8（a）表示的是电压的调制比的大小，同样他的波动范围非常小，图8（b）表示的是有功和无功电流的大小，可以看到无功电流一直稳定在0附近，整流器的功率因数能够接近为1。

7 结束语

本文采用开关电源技术设计了大功率的汽车充电器，并对三相pwm整流器进行了详细的设计。综合采用了零电压软开关（zvs）技术和空间矢量脉宽调制（svpwm）技术，并且根据软开关的开关条件对svpwm的调制方法进行改进，使其能够获得最低的失真度（df）和最小的总谐波失真（thd）。最后对三相pwm整流器进行了仿真，仿真显示充电过程中能够获得很高的功率因数，而且交流侧电流接近于正弦，直流侧电压稳定。由于充电机能够达到很高的功率因数，同时谐波含量也很低，所以可以减小充电站的功率因数校正环节的负担，同时设计的三相整流器由于具有功率因数可控的特点，可以用作充电站的功率因数校正环节，为充电机的大规模使用提供了必要条件。