汽车全车线路及电动汽车充电器电路拓扑的设计考虑

第八单元汽车全车线路实训一、汽车线路使用规范化一、实训目的（一）了解汽车电气线路的内在联系，提高分析汽车电气设备线路的能力。（二）熟悉汽车全车线路的分析与拆检方法。二、工具材料东风EQ1090或EQ1092，CA1091或CA1092，桑塔纳及相应车型的电气线束，示教板、万用表、试灯、手工具等。三、操作要点和项目（一）复习汽车线路的布线连接原则1．各用电设备与电源的连接采用单线制；2．各用电器均并联于电源，能单独工作；3．两个电源—发电机和铅蓄电池应并联；4．汽车每条独立电路均装有保险装置；5．汽车根据电气设备的作用及电路控制情况，构成了几个主要的独立电系电路。如电源系统电路，起动系统电路，灯光系统电路，仪表及各种信号电路等。图8-1桑塔纳轿车电气设备线路布置图图8-1图8-1桑塔纳轿车电气设备布置1-双音喇叭2-空调压缩机3-交流发电机4-雾灯5-前照灯6-转向指示灯7-空调储液干燥器8-中间继电器9-电动风扇双速热敏开关10-风扇电动机11-进气电预热器12-化油器怠速截止电磁阀13-热敏电阻14-机油油压开关15-起动机16-火花塞17-风窗清洗液电动机18-冷却液液面传感器19-分电器20-点火线圈21-蓄电池22-制动液液面传感器23-倒车灯开关24-空调、暖风用鼓风机25-车门接触开关26-扬声器27-点火控制器28-风窗刮水器电动机29中央接线盒30-前照灯变光开关31-组合开关32-空调及风量旋钮33-雾灯开关34-后窗电加热器开关35-危急报警灯开关36-收放机37-顶灯38-油箱油面传感器39-后窗电加热器40-组合后灯41-牌照灯42-电动天线43-电动后视镜44-中央集控门锁45-电动摇窗机45-电动摇窗机46-顶灯47-后盖集控门所48-行李箱灯（二）拆检全车电气线路的基本步骤1．拆去蓄电池。在拆去全车电气线路前，先拆去铅蓄电池或其搭铁线，以防发生事故。2．拆卸车架线束。在对车型、全车电气线路连接不熟悉时，每拆一根线时都要做好标记、记录，以防安装时出现错装或漏装等现象。3．拆卸电源起动线束。如初次拆，应做好记号。4．拆卸驾驶室线束。5．安装全车电气线路。安装全车线路时按拆卸的相反顺序进行安装，并应注意以下事项：（1）拆下的全车电气线路，经检查无断路、短路、破损、绝缘破坏等问题或检修完毕后，进行安装。（2）线束应用专门的卡簧或卡子固定，不要过紧，在穿过车身金属孔或绕过直角时，均应加保护套或绝缘隔层，在进行电气线路连接前，应及时清除接线柱和接线卡上的氧化层，保证接触良好。（3）安装完毕后注意检查所连的线位置是否正确，连接是否可靠，插座与插销是否牢固，并用卡带卡紧。（三）全车线路检测内容及要求1．线路的检查电线束安装完毕后，先检查电线末端插接器与电气设备连接是否正确，铅蓄电池正、负极接线位置是否正确。2．不起动发动机，用铅蓄电池做电源试验具体方法：先不装蓄电池的搭铁线，用一只功率为20W、电压与该车相同的灯泡做试灯，串联在铅蓄电池负极与车架搭铁端之间，关闭车上所有用电设备开关。正常时，试灯应不亮，否则表明电路有故障，应予以检查排除。当电路正常后，取下灯泡，用一只容量为30A的熔断丝，串联在铅蓄电池负极与车架搭铁端之间，不起动发动机，逐个接通车上各用电设备电源，对电气设备及线路进行调试，直到电气设备及线路无故障为止，再取下熔断丝，连接好铅蓄电池搭铁线。3．起动发动机试验（1）打开点火开关，起动发动机后，检查燃油表、水温表、机油压力表、气压表工作是否正常；特别要注意电流表，如异常，马上关闭发动机，检查充电系统。（2）检查其它电器设备及其线路工作是否正常，如发现故障应及时排除。（3）如发动机不能起动，检查点火系及起动系电器设备及其线路工作情况，如有故障应予以排除，如无故障则应检查汽油发动机燃料供给系工作是否正常。（4）注意在检测试验过程中如发现熔断丝熔断，一定要先查明故障原因并排出之后再进行试验。经检查的电气设备都工作正常检测试验完毕。（四）配线技术参数1．低压导线允许载流值见表8-1低压导线允许载流值见表8-1导线标称截面/mm4.06.01013允许载流值/A11142022253550602．12V电系主要电路导线截面积推荐值见表8-212V电系主要电路导线截面积推荐值表8-2用途标称截面/mm2后灯、顶灯、指示灯、仪表灯、牌照灯、燃油表、水温表、刮水器0.5转向灯、制动灯、停车灯、分电器0.8前照灯的近光、电喇叭（3A以下）1.0前照灯的远光、电喇叭（3A以下）1.5其它5A以上的电路1.5～4.0电热塞电路4～6电源电路6～25起动电路16～953．电气线路的主色规定表8-3电气线路的主色规定表8-3线路名称主色颜色代号线路名称主色颜色代号电源线路点火及起动电路前照灯、雾灯、等外部照明设备转向灯及灯光信号线路防空灯及车内照明线路红白蓝绿黄RWBLGY仪表，报警信号及电喇叭线路收音机、电钟、点火器等辅助电器线路各种辅助电动机及电器控制线路搭铁线棕紫灰黑BrVGrB（四）全车电路实例1．东风EQ1092F汽车电气线路图。2．解放CA1092型汽车电路图。3．夏利轿车电路原理图。4．桑塔纳轿车电路图。四、思考题1．汽车电气线路的布线原则是什么？2．拆检全车线路的基本步骤有哪些？3．汽车电气线路的检测内容与方法。4．试分析典型车辆的电气线路。附图8-2附图8-2-1东风EQ1092F型载货汽车电器线路图1-右雾灯2-右前照灯3-右前信号灯4-交流发电机5-电喇叭6-左前信号灯7-左前照灯8-左雾灯9-油压表传感器10-油压警报器11-无触点分电器12-火花塞13-化油器电磁阀14-工作灯插座15-晶体管调节器16-雨刮间歇继电器17-磁场继电器18-灯光继电器19-电动刮水器20-暖风开关21-收放机22-石英钟23-发动机照明灯24-水温感应塞25-仪表板26-起动机27-气喇叭电磁阀28-起动机复合继电器29-铅蓄电池30-电源总开关31-停车灯开关32-汽油表传感器33-气压过低报警传感器34-熔断器盒35-倒档开关36-制动灯开关37-快放电磁阀38-易熔线39-点火起动机开关40-组合开关41-四联翘板开关42-报警蜂鸣器43-喇叭继电器44-闪光继电器45-警报继电闪光器46-暖风电机47-顶灯48-右组合尾灯49-拖车插座50-倒车蜂鸣器51-左组合尾灯附图8-31-燃油传感器2-气压报警灯开关3-后组合灯4-倒车灯5-挂车插座6-左后组合灯7-倒车蜂鸣器8-制动灯开关9-驻车灯开关10-倒车灯开关11-顶灯线束12-仪表板13-转向指示灯14-远光指示灯15-转向灯开关16-顶灯17-收放机18-扬声器19-暖风电机20-报警蜂鸣器21-调速电阻22-点烟器23-雾灯开关24-暖风机开关25-点火开关26-车灯开关27-车速表28-电喇叭按钮29-发动机罩下等30-仪表线束31-火花塞32-分缸线33-点火线圈34-中央线35、37-高压分缸线36-分电器38-附加电阻39-水温传感器40-蓄电池41-右电喇叭42-又前照灯43-雾灯44-左电喇叭45-左前照灯46-发电机47-油压报警灯48-油压传感器49-复合继电器-50-闪光器51-喇叭继电器52-灯光继电器53-转向组合灯54-起动机55-工作灯插座56-变光开关57-保险盒58-节压器59-后线束60-起动机电缆61-搭铁电缆附图8-31-15熔断器16-交流发电机17-晶体管调节器18-电流表19-点火开关20-蓄电池21-组合起动继电器22-充电指示灯23-起动机24-火花塞25-分电器26-断电器27-点火线圈28-附加电阻29-工作灯插座30-油压表传感器31-油压表32-燃油表传感器33-燃油表34-温度表35-温度表36-稳压器37-停车灯开关38-机油压力警告灯39-机油压力报警开关40-停车指示灯41-低气压警告灯42-低气压报警蜂鸣器43-低气压报警开关44-收放机天线45-收放机46-扬声器47-喇叭按钮48-喇叭继电器49、50-喇叭（G、D）51-点烟器52-暖风电动机53-暖风电动机开关54-暖风电动机变速电阻55-倒车灯开关56-倒车灯57-倒车蜂鸣器58-制动灯开关59、60-制动灯61-闪光器62-危险报警开关63-转向灯开关64、65-左转向信号灯66-左转向指示灯67、68-右转向信号灯69-右转向信号灯70-发动机罩下灯72～75-示宽灯76～79-仪表灯80-车灯开关81-室内灯82-灯光继电器83-脚踏变光开关84远光指示灯85、86前照灯（远/近光）87、88前照灯（远光）89-雾灯开关90、91雾灯92-刮水器93-刮水器开关94—7孔挂车插座。附图8-3附图8-3解放CA1092型汽车全车原理图1-15熔断器16-交流发电机17-晶体管调节器18-电流表19-点火开关20-蓄电池21-组合起动继电器22-充电指示灯23-起动机24-火花塞25-分电器26-断电器27-点火线圈28-附加电阻29-工作灯插座30-油压表传感器31-油压表32-燃油表传感器33-燃油表34-温度表35-温度表36-稳压器37-停车灯开关38-机油压力警告灯39-机油压力报警开关40-停车指示灯41-低气压警告灯42-低气压报警蜂鸣器43-低气压报警开关44-收放机天线45-收放机46-扬声器47-喇叭按钮48-喇叭继电器49、50-喇叭（G、D）51-点烟器52-暖风电动机53-暖风电动机开关54-暖风电动机变速电阻55-倒车灯开关56-倒车灯57-倒车蜂鸣器58-制动灯开关59、60-制动灯61-闪光器62-危险报警开关63-转向灯开关64、65-左转向信号灯66-左转向指示灯67、68-右转向信号灯69-右转向信号灯70-发动机罩下灯72～75-示宽灯76～79-仪表灯80-车灯开关81-室内灯82-灯光继电器83-脚踏变光开关84远光指示灯85、86前照灯（远/近光）87、88前照灯（远光）89-雾灯开关90、91雾灯92-刮水器93-刮水器开关94—7孔挂车插座。附图8-4附图8-4夏利轿车电路原理图附图8-5a)附图8-5b)附图8-5c)附图8-5d)附图8-5e)附图8-5上海桑塔纳LX、GX轿车全车敷线图1-蓄电池2-起动机3-整体式硅整流发电机4-充电指示灯及其并联电阻5-进气管预热器6-进气管预热继电器7-进气管预热器的温控开关8-怠速截止阀9-自动阻风门温控开关（-现改手动）10-阻风门指示灯11-点火开关12-点火模块（TSZ开关）13-点火线圈14-怠速稳定开关（DLS开关，现取消）15-分电器16-霍尔传感器17-火花塞18-油压过低报警灯19-油压检查控制器20-低油压开关（0.3MPa）21-低油压开关（0.18MPa）22-发动机转速表23-换档指示灯24-换档指示灯控制装置25-换档指示器真空开关26-换档油耗指示器的变速开关27-油耗表的电磁阀28-油耗表29-燃油表30-燃油表传感器31-水温表32-温度表传感器33-仪表稳压器34-冷却液温度过高报警灯35-冷却液不足指示控制器36-冷却液不足指示器开关（用于63KW以上发动机）37-转向指示灯38-危险警告灯开关39-危险警告闪光指示灯40-闪光继电器41-转向灯开关42-左前转向信号灯43-左后转向信号灯44-右前转向信号灯45-右后转向信号灯46-驻车示宽灯开关47-左前驻车示宽灯48-左后驻车示宽灯49-右前驻车示宽灯50-右后驻车示宽灯51-变光和超车组合开关52-远光指示灯53-左前照灯54-右前照灯55-时钟照明灯56-仪表照明灯57-车灯开关58-仪表照明灯调光电阻59-雾灯继电器（GL型）60-前后雾灯开关（GL型）61-左前雾灯（GL型）62-右前雾灯（GL型）63-后雾灯（GL型）64-雾灯指示灯（GL型）65-减荷继电器（中间继电器）66-暖气开关照明灯67-后风窗除霜开关器照明灯68-前后雾灯开关的照明灯（GL型）69-点烟器照明灯70-行李箱灯71-行李箱照明灯开关72-前顶灯73、74、75、76前顶灯门控开关77-数字式电钟78-牌照灯79-刮水器开关80-间歇刮水继电器81-前风窗刮水器82-前风窗洗涤泵83-前照灯洗涤器继电器（GL型，现取消）84-前照灯洗涤泵（GL型，现取消）85-后风窗除霜器开关86-后风窗除霜器指示灯87-后风窗电热除霜器88-倒车灯开关89-、90-左右倒车灯91-制动双回路和手制动装置的指示灯92-手制动指示灯开关（GL型）93-制动液液位警告灯开关（GL型）94-雾灯开关的照明灯95-双音喇叭（GL型）96-喇叭继电器97-喇叭按钮98-制动灯开关99、100-左右制动信号灯101-冷却系电风扇温控开关（温度传感器95℃与105℃）102-冷却电风扇103-空调高压开关（1.5MPa）104-冷却风扇继电器105-空调继电器106-鼓风机开关107-鼓风机调速电阻108-鼓风机109-怠速设定双路电磁阀110-蒸发器温控开关（0～2℃）111-空调系统温控开关（0.2MPa）112-空调压缩机的电磁离合器113-环境温控开关114-用于新鲜空气通道翻板的双路电磁阀115-空调手动开关116-空调开关的指示灯117-点烟器118-立体收放机119-、120、121、122-前、后、左、右扬声器123-附图8-5附图8-5上海桑塔纳LX、GX轿车全车电路原理图a）b)c)d)1-蓄电池2-起动机3-整体式硅整流发电机4-充电指示灯及其并联电阻5-进气管预热器6-进气管预热继电器7-进气管预热器的温控开关8-怠速截止阀9-自动阻风门温控开关（-现改手动）10-阻风门指示灯11-点火开关12-点火模块（TSZ开关）13-点火线圈14-怠速稳定开关（DLS开关，现取消）15-分电器16-霍尔传感器17-火花塞18-油压过低报警灯19-油压检查控制器20-低油压开关（0.3MPa）21-低油压开关（0.18MPa）22-发动机转速表23-换档指示灯24-换档指示灯控制装置25-换档指示器真空开关26-换档油耗指示器的变速开关27-油耗表的电磁阀28-油耗表29-燃油表30-燃油表传感器31-水温表32-温度表传感器33-仪表稳压器34-冷却液温度过高报警灯35-冷却液不足指示控制器36-冷却液不足指示器开关（用于63KW以上发动机）37-转向指示灯38-危险警告灯开关39-危险警告闪光指示灯40-闪光继电器41-转向灯开关42-左前转向信号灯43-左后转向信号灯44-右前转向信号灯45-右后转向信号灯46-驻车示宽灯开关47-左前驻车示宽灯48-左后驻车示宽灯49-右前驻车示宽灯50-右后驻车示宽灯51-变光和超车组合开关52-远光指示灯53-左前照灯54-右前照灯55-时钟照明灯56-仪表照明灯57-车灯开关58-仪表照明灯调光电阻59-雾灯继电器（GL型）60-前后雾灯开关（GL型）61-左前雾灯（GL型）62-右前雾灯（GL型）63-后雾灯（GL型）64-雾灯指示灯（GL型）65-减荷继电器（中间继电器）66-暖气开关照明灯67-后风窗除霜开关器照明灯68-前后雾灯开关的照明灯（GL型）69-点烟器照明灯70-行李箱灯71-行李箱照明灯开关72-前顶灯73、74、75、76前顶灯门控开关77-数字式电钟78-牌照灯79-刮水器开关80-间歇刮水继电器81-前风窗刮水器82-前风窗洗涤泵83-前照灯洗涤器继电器（GL型，现取消）84-前照灯洗涤泵（GL型，现取消）85-后风窗除霜器开关86-后风窗除霜器指示灯87-后风窗电热除霜器88-倒车灯开关89-、90-左右倒车灯91-制动双回路和手制动装置的指示灯92-手制动指示灯开关（GL型）93-制动液液位警告灯开关（GL型）94-雾灯开关的照明灯95-双音喇叭（GL型）96-喇叭继电器97-喇叭按钮98-制动灯开关99、100-左右制动信号灯101-冷却系电风扇温控开关（温度传感器95℃与105℃）102-冷却电风扇103-空调高压开关（1.5MPa）104-冷却风扇继电器105-空调继电器106-鼓风机开关107-鼓风机调速电阻108-鼓风机109-怠速设定双路电磁阀110-蒸发器温控开关（0～2℃）111-空调系统温控开关（0.2MPa）112-空调压缩机的电磁离合器113-环境温控开关114-用于新鲜空气通道翻板的双路电磁阀115-空调手动开关116-空调开关的指示灯117-点烟器118-立体收放机119-、120、121、122-前、后、左、右扬声器123-电动汽车充电器电路拓扑的设计考虑文章出处：电源技术应用

摘要：对电动汽车车载电池的充电器进行了讨论。根据SAEJ1773对感应耦合器设计标准的规定，及不同的充电模式，给出了多种备选设计方案，并针对不同的充电模式、充电等级，给出了最适合的电路拓扑方案。

关键词：电动汽车；充电器；拓扑选择引言早在20世纪初期，在欧洲和美国的轿车驱动系统上，曾使用过电力驱动系统，当时的电动车已取代了昔日的马车和自行车成为主要交通工具。电动汽车所具有的舒适、干净、无噪声，污染很小等优点曾一度使人们认为这将是交通工具的一个巨大革新。但由于当时电池等关键技术的困扰，以及燃油车的发展，100年来电动汽车的开发一直受到限制。随着现代高新技术的发展和当今世界环境、能源两大难题的日益突出，电力驱动车辆又成为汽车工业研究、开发和使用的热点。世界各国从20世纪80年代开始，掀起了大规模的开发电动汽车的高潮。但电动汽车的市场化一直受到一些关键技术的困扰。其中，比较突出的一个问题就是确保电动汽车电池组安全、高效、用户友好、牢固、性价比高的充电技术[1][2]。1充电技术电动汽车电池充电是电动汽车投入市场前，必须解决的关键技术之一。电动汽车电池充电一般采用两种基本方法：接触式充电和感应耦合式充电。

1.1接触式充电接触式充电方式采用传统的接触器，使用者把充电源接头连接到汽车上。其典型示例如图1所示。这种方式的缺陷是：导体裸露在外面，不安全。而且会因多次插拔操作，引起机械磨损，导致接触松动，不能有效传输电能。

1.2感应耦合式充电感应耦合式充电方式，即充电源和汽车接受装置之间不采用直接电接触的方式，而采用由分离的高频变压器组合而成，通过感应耦合，无接触式地传输能量。采用感应耦合式充电方式，可以解决接触式充电方式的缺陷[3][4]。图2给出电动汽车感应耦合充电系统的简化功率流图。图中，输入电网交流电经过整流后，通过高频逆变环节，经电缆传输通过感应耦合器后，传送到电动汽车输入端，再经过整流滤波环节，给电动汽车车载蓄电池充电。感应耦合充电方式还可进一步设计成无须人员介入的全自动充电方式。即感应耦合器的磁耦合装置原副边之间分开更大距离，充电源安装在某一固定地点，一旦汽车停靠在这一固定区域位置上，就可以无接触式地接受充电源的能量，实现感应充电，从而无须汽车用户或充电站工作人员的介入，实现了全自动充电。

图4感应耦合充电变换器原理框图

2感应耦合充电标准—SAEJ-1773为实现电动汽车市场化，美国汽车工程协会根据系统要求，制定了相应的标准。其中，针对电动汽车的充电器，制定了SAEJ-1772和SAEJ-1773两种充电标准，分别对应于接触式充电方式和感应耦合充电方式。电动汽车充电系统制造商在设计研制及生产电动汽车充电器中，必须符合这些标准。SAEJ-1773标准给出了对美国境内电动汽车感应充电耦合器最小实际尺寸及电气性能的要求。

图5两个开关管的隔离式Boost变换器

充电耦合器由两部分组成：耦合器和汽车插座。其组合相当于工作在80～300kHz频率之间的原副边分离的变压器。对于感应耦合式电动汽车充电，SAEJ-1773推荐采用三种充电方式，如表1所示。对于不同的充电方式，充电器的设计也会相应地不同。其中，最常用的方式是家用充电方式，充电器功率为6.6kW，更高功率级的充电器一般用于充电站等场合。表1SAEJ-1773推荐采用的三种充电模式充电模式充电模式充电方式功率等级电网输入模式1

模式2

模式3应急充电

家用充电

充电站充电1.5kW

6.6kW

25～160kWAC120V,15A单相

AC230V,40A单相

AC208～600V三相根据SAEJ-1773标准，感应耦合器可以用图3所示的等效电路模型来表示。对应的元件值列于表2中。表2充电用感应耦合器等效电路模型元件值fmin(100kHz)fmax(350kHz)Rpmax/mΩ

Lp±10％/μH

Rsmax/kΩ

Ls±10％/μH

Rmmin/mΩ

Lm±10％/μΗ

Cs/μF

匝比

每匝电压/V

耦合效率/％

绝缘电阻/MΩ

最大充电电流/A

最大充电电压/V20

0.8

1.6

45

20

0.8

0.02

4:4

100

≮99.5

100

400

47440

0.5

1.3

55

40

0.5

0.02

4:4

100

≮99.5

100

400

474变压器原副边分离，具有较大的气隙，属于松耦合磁件，磁化电感相对较小，在设计变换器时，必须充分考虑这一较小磁化电感对电路设计的影响[5]。在设计中仍须考虑功率传输电缆。虽然SAEJ-1773标准中没有列入这一项，但在实际设计中必须考虑功率传输电缆的体积、重量和等效电路。由于传输电缆的尺寸主要与传输电流的等级有关，因而，减小充电电流可以相应地减小电缆尺寸。为了使电缆功率损耗最小，可以采用同轴电缆，在工作频率段进行优化。此外，电缆会引入附加阻抗，增大变压器的等效漏感，在功率级的设计中，必须考虑其影响。对于5m长的同轴电缆，典型的电阻和电感值为：Rcable=30mΩ；Lcable=0.5～1μH。3对感应耦合充电变换器的要求根据SAEJ-1773标准给出的感应耦合器等效电路，连接电缆和电池负载的特性，可以得出感应耦合充电变换器应当满足以下设计标准。3.1电流源高频链感应耦合充电变换器的副边滤波电路安装在电动汽车上，因而，滤波环节采用容性滤波电路将简化车载电路，从而减轻整个电动汽车的重量。对于容性滤波环节，变换器应当为高频电流源特性。此外，这种电流源型电路对变换器工作频率变化和功率等级变化的敏感程度相对较小，因而，比较容易同时考虑三种充电模式进行电路设计。而且，副边采用容性滤波电路，副边二极管无须采用过压箝位措施。

3.2主开关器件的软开关感应耦合充电变换器的高频化可以减小感应耦合器及车载滤波元件的体积重量，实现电源系统的小型化。但随着频率的不断增高，采用硬开关工作方式的变换器，其开关损耗将大大增高，降低了变换器效率。因而，为了实现更高频率、更高功率级的充电，必须保证主开关器件的软开关，减小开关损耗。

图8和图9

3.3恒频或窄频率变化范围工作感应耦合充电变换器工作于恒频或窄频率变化范围有利于磁性元件及滤波电容的优化设计，同时，必须避免工作在无线电带宽，严格控制这个区域的电磁干扰。对于变频工作，轻载对应高频工作，重载对应低频工作，有利于不同负载情况下的效率一致。3.4宽负载范围工作感应耦合充电变换器应当能够在宽负载范围内安全工作，包括开路和短路的极限情况。此外，变换器也应当能够工作在涓流充电或均衡充电等模式下。在这些模式下，变换器都应当能保证较高的效率。3.5感应耦合器的匝比原副边匝比大可以使得原边电流小，从而可采用更细线径的功率传输电缆，更低电流定额的功率器件，效率获得提升。3.6输入单位功率因数感应耦合充电变换器工作在高频，会对电网造成谐波污染。感应充电技术要得到公众认可，获得广泛使用，必须采取有效措施，如功率因数校正或无功补偿等技术，限制电动汽车感应耦合充电变换器进入电网的总谐波量。就目前而言，充电变换器必须满足IEEE5191992标准或类似的标准。要满足这些标准，加大了感应耦合充电变换器输入部分及整机的复杂程度，增加了成本。而且，根据不同充电等级要求，感应耦合充电变换器可以选择两级结构（前级为PFC＋后级为充电器电路）或PFC功能与充电功能一体化的单级电路。

4变换器拓扑选择根据SAEJ-1773给出的感应耦合器等效电路元件值，及上述的设计考虑，这里对适用于三种不同充电模式的变换器拓扑进行了考察。如图2所示，电动汽车车载部分包括感应耦合器的插孔部分及AC/DC整流及容?滤波电路。首先，对直接连接电容滤波的整流电路进行考察。适合采用的整流方式有半波整流，中心抽头全波整流及全桥整流。其中，半波整流对变压器的利用率低；全波整流需要副边为中心抽头连接的两个绕组，增加了车载电路的重量和体积；全桥整流对变压器利用率高，比较适合用于这种场合。图4给出基于以上考虑的感应耦合充电变换器原理框图。图中，输出整流采用全桥整流电路，输出滤波器采用电容滤波，输入端采用了PFC电路以限制进入电网的总谐波量不会超标，这里采用的是单独设计的PFC级。低功率时，PFC也可与主充电变换器合为带PFC功能的一体化充电电路。

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[6]。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)

（1）假定变压器匝比为1∶1，最大输入电压为170V，则输出电压为DC200V时占空比为0.15，输出电压为DC475V时占空比为0.5。如图5所示，主开关管上的电压应力为2VB。当输出电压为DC400V时，开关管电压应力是DC800V，这一电压应力相当高。而且，由于传输电缆和感应耦合器的漏感，器件电压应力可能会更高。为了限制器件最大电压应力，可以采用图5所示的无损吸收电路。但无论是在哪种情况下，都必须采用1200V电压定额的器件。因高耐压的MOSFET的导通电阻较高，导通损耗就会很大。因而，要考虑采用低导通压降的高压IGBT。但IGBT器件开关损耗也限制了开关频率的提高。开关管的平均电流为ISavg=(1/2)ILavg

（2）对于1.5kW功率等级，输入电流有效值为15A，平均开关电流是13A，峰值电流为22A，需要电流定额至少为30A的开关器件。尽管这个方案提供了比较简单的单级功率变换，但也存在一些缺陷，如半导体器件承受的电压应力较高、输出电压调节性能差，输出电流纹波大。为了降低器件的开关损耗，可以采用图5所示的软开关电路。给MOSFET设计的关断延时确保了IGBT的ZVS关断。在电流上升模式中，MOSFET分担了输出滤波电流，其电压应力为IGBT的一半。从而，可以采用600V的器件。同时，因关断损耗的降低，开关频率得以提高。另一个降低器件电压定额的方案是采用两级变换结构。前级PFC校正环节可以采用带有软开关功能的Boost变换器，允许高频工作。后级DC/DC功率变换级，可以采用半桥串联谐振变换器，提供高频电流链。图7给出了适用于充电模式1的两级功率变换电路结构图。若输入电网电压是AC115V，为了降低DC/DC变换器的电流定额，输出电压可以提升到DC450V。这样Boost级功率开关管可以采用500～600V的MOSFET，半桥变换器的开关器件可以采用300～400V的MOSFET。由于采用半桥工作，感应耦合器可以采用1∶2的匝比。若原边绕组为4匝，则副边绕组为8匝。Boost开关管的电流定额是30A，而半桥变换器开关管的电流定额是20A。

4.2充电模式2这是电动汽车的一种正常充电模式，充电过程一般在家庭和公共场所进行，要求给使用者提供良好的使用界面。充电模式2的充电功率等级是6.6kW。230V/30A规格的标准电网电源足以给这种负载供电。其典型的充电时间为5～8h。与充电模式1中充电功率变换器相类似，充电模式2也可采用单级AC/DC变换器。但由于带PFC功能的单级变换器，开关管的峰值电流很高，因而最好采用两级变换器。其中，PFC级可采用传统的Boost升压型电路，开关管采用软开关或硬开关均可。但为了提高效率，更倾向于选择软开关Boost变换器。图8给出两种采用无损吸收电路的软开管Boost变换器主电路功率级。图9给出两种采用有源开关辅助电路的软开管Boost变换器功率级[7][8]。若电网输入电压为230V，则输出电压可以调节到400V以上。这使得后级变换器的设计变得容易，感应耦合器可以取1∶1的匝比。因此，如果电池最高电压为400V，则前级输出电压可以采用DC450V。与采用带附加有源开关辅助电路的软开管Boost变换器功率级相比，无损吸收软开管Boost变换器功率级因无需有源器件，因而更具优势。特别是图8(b)，因其开关管的关断dv/dt得到了控制，开通为零电压开通，且主开关管上的电压应力为输出电压，因而整机性能得到大大改进。图10给出无损吸收电路的典型波形。

对于6.6kW的功率定额，450V的输出电压，需要采用600V/60A的MOSFET。可根据应用场合需要，整机设计可选择单模块或多模块并联方案。对于后级DC/DC变换器，由于输入输出均为容性滤波器，因此，只有具有电流源特性的高频变换器适用。以下几种有大电感与变压器原边相串联的拓扑适合采用。其中一种形式是图11所示的全桥型变换器。原边电路中采用串联电感，从而感应耦合器的漏感被有效利用起来，磁化电感也可利用来扩大变换器ZVS的工作范围。对于450V的输入总线电压，可以采用1∶1的匝比，也即原边绕组和副边绕组均采用4匝线圈。桥式结构的变换器拓扑的缺点之一是峰值电流较高，特别在低压输入时峰值特别高。此外对应轻载时，变换器进入断续工作状态，主开关管的开通损耗增加，调节特性变差。因而，通常要保证一个最小负载电流，确保ZVS。另一类具有高频电流源特性的变换器拓扑是谐振变换器。文献[8]对这些变换器拓扑进行了分类，分为电流型和电压型。在电流型变换器中，变换器由电流源供电。在这类拓扑中，电流得到有效的控制。但其缺陷是开关管上承受的电压未得到有效控制。因为，大多数功率器件对过流的承受能力比过压的承受能力要强。另外，在电压源型变换器中，开关器件的电压得到很好的限制，但在全桥和半桥拓扑中，却可能会因击穿损坏。这些变换器通常被分为串联、并联和串并联谐振3种类型。图12给出这些基本的谐振变换器拓扑示意图。在串联谐振变换器中，谐振电感与变压器原边串联，而其他类型变换器中，电容与变压器串联。只有串联谐振变换器是硬电流源特性，而其他类型变换器是硬电压源型。为了有效利用感应耦合器磁化电感和匝间电容，可以采用不同的串联谐振变换器。一种拓扑形式是图13所示的串并联LLCC谐振变换器[9][10]。另外一些谐振变换器也可考虑。如前所述，匝间电容、磁化电感和漏感均得到了充分利用。这一方案因变换器和感应耦合器得到了很好的匹配，颇具吸引力。该变换器可以工作于高于谐振频率的ZVS状态，或低于谐振频率的ZCS状态，如图14所示。输出电压