随着能源危机、资源枯竭以及大气污染等危害的加剧，我国已将新能源汽车确立为战略性新兴产业，车载充电器作为电动汽车的重要组成部分，其研究兼具理论研究价值和重要的工程应用价值。采用前级 AC/DC 和后级 DC/DC 相结合的车载充电器结构框图如图1 所示。
当车载充电器接入电网时，会产生一定的谐波，污染电网，同时影响用电设备的工作稳定性。为了限制谐波量，国际电工委员会制定了用电设备谐波限制标准IEC61000-3-2，我国也发布了国标GB/T17625。为了符合上述标准，车载充电器必须进行功率因数校正(PFC)。 PFC AC/DC 变换器一方面为后级 DC/DC 系统供电，另一方面为辅助电源供电，其设计的好坏直接影响车载充电器性能。
图1 电动汽车车载充电器结构框图
鉴于纯电动汽车车载充电器对体积、谐波有着苛刻的要求，本设计采用有源功率因数校正(APFC) 技术。APFC 有多种拓扑结构，由于升压式拓扑具有驱动电路简单、PF 值高和具有专门控制芯片的优点，选取Boost拓扑结构的主电路。考虑各种基本控制方式，选取了具有谐波失真小、对噪声不敏感和开关频率固定技术优势的平均电流控制方式。
本文针对功率为2 kW 的纯电动汽车车载充电器，考虑谐波含量、体积及抗干扰性能等方面的设计需求，重点研究 PFC AC/DC 变换器，包含系统主电路和控制电路设计，并在上述研究的基础上，开展系统仿真和实验测试验证研究，电路图见图2。
图2 Boost PFC AC/DC 变换器电路原理图
1 Boost PFC AC/DC 变换器
本文针对功率为2 kW 的车载充电器PFC AC/DC 变换器，采用基于 Boost拓扑 的主电路结构，以及连续模式下的平均电流控制控制策略。主电路由整流电路和Boost升压电路构成；控制电路采用电流内环、电压外环的双闭环控制方式，原理框图见图3 。
图3 主电路和控制电路原理框图
随着能源危机、资源枯竭以及大气污染等危害的加剧，我国已将新能源汽车确立为战略性新兴产业，车载充电器作为电动汽车的重要组成部分，其研究兼具理论研究价值和重要的工程应用价值。采用前级 AC/DC 和后级 DC/DC 相结合的车载充电器结构框图如图1 所示。
当车载充电器接入电网时，会产生一定的谐波，污染电网，同时影响用电设备的工作稳定性。为了限制谐波量，国际电工委员会制定了用电设备谐波限制标准IEC61000-3-2，我国也发布了国标GB/T17625。为了符合上述标准，车载充电器必须进行功率因数校正(PFC)。 PFC AC/DC 变换器一方面为后级 DC/DC 系统供电，另一方面为辅助电源供电，其设计的好坏直接影响车载充电器性能。
图1 电动汽车车载充电器结构框图
鉴于纯电动汽车车载充电器对体积、谐波有着苛刻的要求，本设计采用有源功率因数校正(APFC) 技术。APFC 有多种拓扑结构，由于升压式拓扑具有驱动电路简单、PF 值高和具有专门控制芯片的优点，选取Boost拓扑结构的主电路。考虑各种基本控制方式，选取了具有谐波失真小、对噪声不敏感和开关频率固定技术优势的平均电流控制方式。
本文针对功率为2 kW 的纯电动汽车车载充电器，考虑谐波含量、体积及抗干扰性能等方面的设计需求，重点研究 PFC AC/DC 变换器，包含系统主电路和控制电路设计，并在上述研究的基础上，开展系统仿真和实验测试验证研究，电路图见图2。
图2 Boost PFC AC/DC 变换器电路原理图
1 Boost PFC AC/DC 变换器
本文针对功率为2 kW 的车载充电器PFC AC/DC 变换器，采用基于 Boost拓扑 的主电路结构，以及连续模式下的平均电流控制控制策略。主电路由整流电路和Boost升压电路构成；控制电路采用电流内环、电压外环的双闭环控制方式，原理框图见图3 。
图3 主电路和控制电路原理框图
3.1 电压环设计
电压环的作用之一是将输出电压的变化反馈给电流环；作用之二是将二次谐波电压衰减到指定水平，以降低输入电流的畸变。另外，由于输出电容的充、放电，输出纹波电压滞后输入电压，故电压环的设计尚需兼顾考虑有足够的相移，以保证输出电压纹波与输入电压同相位。综上可知，需设置合理的补偿电路，使得电压环能够满足上述条件。
无补偿时， 电压环开环传递函数表达式为：
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