如前所述,充电器设计中很重要的一个考虑是感应耦合器匝比的合理选取。为使设计标准化,按3种充电模式设计的感应耦合充电变换器都必须能够采用相同的电动汽车插座。限制充电器高频变压器副边匝数的因素包括功率范围宽,电气设计限制和机械设计限制。典型的耦合器设计其副边匝数为4匝。对于低充电等级,一般采用1∶1的匝比,对于高充电等级,一般采用2∶1的匝比。对于30kW·h以内的储能能力,随充电状态不同,电动汽车电池电压在DC200~450V范围内变化,变换器拓扑应当能够在这一电池电压变化范围内提供所需的充电电流。
4.1 充电模式1
这是电动汽车的一种应急充电模式,充电较慢。按这种模式设计的充电器通常随电动汽车携带,在没有标准充电器的情况下使用,从而必须体积小,重量轻,并且成本低。根据这些要求,可采用单级高功率因数变换器,降低整机体积,重量,降低成本,获得较高的整机效率。图5给出一种备选方案:两个开关管的隔离式Boost变换器。在不采用辅助开关时,单级Boost级电路提供PFC功能并调节输出电压。当输入电压为AC120V时,输入电压峰值为170V,由于变压器副边匝数为4匝,输出电压的调节范围为DC200~400V,因而变压器可以采用1∶1的匝比,原边绕组均采用4匝线圈。典型的电压电流波形如图6所示。
当原边开关管S1及S2均开通时,能量储存在输入滤波电感中,同时输出整流管处于关断态。当开关管S1及S2中任一个开关管关断时,储存能量通过原边绕组传输到副边。由于变换器的对称工作,变压器磁通得以复位平衡。为使输入电感伏秒积平衡,必须满足(1)
Vinmax≤(Np/Ns)VB(1-Dmin)
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