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日益紧张的能源与环境问题促进了电动汽车的快速发展,而电动汽车蓄电池充电技术、电机驱动及控制技术、整车技术和能量管理技术是电动汽车研发的关键技术。本文以电动汽车蓄电池充电为背景,针对铅酸蓄电池的充电要求,研究并设计了一款拓扑电路前级为两级交错并联Boost-PFC电路,后级为半桥LLC谐振变换器的车载充电机。首先研究了两级交错并联Boost-PFC变换器。针对传统Boost-PFC变换器功率密度小,输入电流纹波含量高等缺点,采用了两级交错并联Boost-PFC电路作为充电机的前级拓扑电路,有效提高了前级变换器的功率密度,减少了输入电流纹波。详细分析了两级交错并联Boost-PFC变换器连续导电模式下的工作原理,并与单级Boost-PFC进行了对比分析;建立了平均电流控制下的小信号模型,设计了电流内环、电压外环补偿网络,并通过Bode图对控制环路进行稳定性分析。研究结果表明,两级交错并联Boost-PFC变换器不仅能实现功率因数校正,还降低了输入电流的纹波,其总谐波畸变率(Total Harmonic Distortion,THD)值可以满足IEC61000-3-2 Class A谐波标准,同时也提高了前级PFC变换器的功率密度。其次,针对车载充电机后级半桥LLC结构,详细分析了谐振变换器在脉冲频率调制(Pulse Frequency Modulation,PFM)下的工作原理,同时基于基波分析法(Fundamental Harmonic Analysis,FHA)建立了LLC谐振电路的稳态模型,对直流增益特性和阻抗特性进行深入研究,并由此确定了变换器零电压开通(Zero-Voltage Switching,ZVS)、零电流关断(Zero-Current Switching,ZCS)的工作条件。研究结果表明,相对于传统的后级DC-DC PWM变换器,半桥LLC谐振变换器不仅能实现全负载范围内功率开关管的ZVS及输出整流二极的ZCS,还提高了变换器的功率密度,同时具有较高的工作效率。最后,对比分析了电压型整流器(Voltage Source Rectifier,VSR)和电流型整流器(Current-Source PWM Rectifier,CSR)的工作原理及应用。详细分析了三相CSR拓扑结构,采用了三值逻辑空间矢量调制,建立了dq坐标系下三相CSR多环路直接电流控制的线性大信号数学模型,并针对模型中d、q轴的耦合影响,利用前馈解耦控制消除了系统的非线性、耦合特性,简化了控制环路的设计。其次,针对LC滤波器的谐振问题,引入了一种基于电容电压反馈的有源阻尼控制策略,并通过Bode图分析了控制策略的有效性。研究结果表明,三相CSR直流侧输出电流、交流侧输入电流均能保证快速动态响响应,网侧电流功率因数高,输出电流纹波含量低,同时电流内环引入的前馈有源阻尼控制有效抑制了LC滤波器的谐振,减小了网侧电流的THD值。为了验证理论分析与设计的正确性,本文搭建了相应的仿真和实验平台,研制了一台前级采用两级交错并联Boost-PFC电路,后级采用半桥LLC谐振电路,最大输出功率为1.5kW充电机实验样机。测试结果验证了理论分析与设计的正确性。