电动汽车车载充电器Boost PFC AC/DC变换器设计

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：

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

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：

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

4系统仿真和实验测试

基于Saber仿真软件对系统进行仿真研究，Boost PFC AC/DC变换器主要参数为：电感L=500μH，输出电容Co=990μH，开关频率fs=133 kHz，电网频率fin=50 Hz，R16=510 kΩ，R17=10 kΩ，R4=160Ω，R5=0.01Ω，其他参数通过前述的设计流程获得。在输入电压有效值为140 V和220 V时，分别对系统仿真和实验测试，仿真结果如图6所示，实验测试波形如图7所示。

图6输入电压、电流和输出电压动态

图7 Boost PFC AC/DC变换器实测动态

系统仿真和实研测试结果表明：设计的Boost PFC AC/DC变换器能够在宽的输入电压范围内获得稳定的直流输出电压，同时能够实现输入电流波形跟踪输入电压波形，具有较高的功率因数。

5结论

为了避免车载充电器接入电网时对电网造成污染，根据国际电工委员会制定的用电设备谐波限制标准及国标，针对输出功率2 kW的车载充电器，架构了Boost PFC AC/DC变换器主拓扑结构及平均电流控制的设计方案，给出了其主电路及控制电路详细设计步骤及设计流程。在系统仿真测试验证的基础上，完成了系统实验测试验证。系统仿真及实测结果均揭示出，设计的2 kW车载充电器在宽输入电压条件下能够实现高功率因数输入及低纹波稳压输出的目标，且具有系统电路结构简单、体积小、工作稳定性高和成本较低等优点，应用前景广泛。