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随着国内外电动汽车产业的不断发展,车载充电机技术发展为电动汽车的普及起到了重要的推动作用,高效率、小型化的车载充电机技术正成为研究热点。基于单相家用供电系统的车载充电机,其高效率功率因数校正、高效率DC-DC变换和整机小型化是车载充电机设计中需要解决的关键问题,目前,车载充电机拓扑结构中多采用传统Si MOSFET作为开关管,这限制了车载充电机的工作频率及效率。因此,本文针对基于新型GaN器件的两级式高效率电动汽车车载充电机进行了以下研究。基于GaN器件的两级式车载充电机由前级PFC和后级DC-DC变换器构成。前级PFC变换器设计采用基于GaN器件的图腾柱无桥PFC电路拓扑,以GaN器件作为高频桥臂开关管解决了采用传统Si MOSFET开关管无法使变换器工作在电感电流CCM模式问题,提高了变换器的功率等级。设计了以单周期控制芯片IR1150为主控芯片的全硬件控制电路,采用同步整流器型控制方式,实现了高频桥臂开关管的同步整流器型互补驱动控制,使GaN器件在有栅极正向驱动电压条件下反向导通续流,降低了GaN器件的反向导通压降,进一步提高了图腾柱无桥PFC的效率。通过PSIM仿真软件对电路拓扑及同步整流器型控制方式进行仿真验证,仿真结果表明,基于同步整流器型控制方式的图腾柱无桥PFC有效提高了功率因数校正效果。采用HB-LLC谐振变换器作为后级DC-DC电路拓扑,设计了变换器的控制电路,实现软开关控制和恒流/恒压模式充电控制。HB-LLC谐振变换器设计以UCC25600为主控制芯片,控制HB-LLC谐振变换器的开关频率工作在谐振频率点附近,同时实现了一次侧开关管ZVS开通及二次侧输出整流二极管ZCS关断,有效地降低了开关过程损耗;采用级联型GaN器件作为HB-LLC谐振变换器的开关管,能够进一步提高变换器的工作频率,减小元器件体积,提高整机效率。控制电路中通过电流反馈环、电压反馈环将检测的输出电流及电压与车载充电机额定输出对比调整,实现恒流充电模式及恒压充电模式的切换。PSIM仿真结果表明,HB-LLC谐振变换器能够在全负载范围内实现一次侧开关管ZVS开通及二次侧输出整流器ZCS关断,并能以8.25A进入恒流充电模式、400V进入恒压充电模式。最后,搭建了基于GaN器件的3.3kW实验样机进行验证。实验测试结果表明,实验样机设计参数能满足车载充电机的应用要求,实现了8.25A恒流、400V恒压充电模式,在满载状态下,PFC效率能够达到97.9%以上,整机效率达到96%以上,满足了车载充电机小型化、高效率化等应用需求。