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基于 TI C2000™ 微控制器的 3.3KW 车载充电机方案

于 2021-05-06 发布

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代码说明：

车载充电机（OBC）是新能源汽车必不可少的核心零部件，其市场规模随着新能源汽车市场的快速增长而扩大。据相关数据分析，2016 年，电动汽车车载充电机市场规模约 20 亿元，未来几年随着新能源汽车产量的逐年提升，预计到 2020 年国内电动汽车车载充电机市场规模将达到 77 亿元。本文将给大家介绍基于 TI C2000™ 微控制器的 3.3KW 车载充电机方案。此参考设计使用 C2000™ 微控制器 (MCU) 和 LMG3410 来控制交错式连续导通模式 (CCM) 图腾柱 (TTPL) 无桥功率因数校正 (PFC) 功率级的方法。该电源拓扑采用氮化镓 (GaN) 器件，从而提高了效率，并降低了电源尺寸。该设计支持用于提高效率的切相和自适应死区时间，用于在轻负载下改进功率因数的输入电容补偿方案，以及瞬态时用于降低电压尖峰的非线性电压环路。交错式 TTPL PFC 拓扑结构是电动汽车充电器的设计的趋势，具有更高功率和更高的功率密度。 C2000 MCU 是针对实时控制应用而优化的 MCU 系列之一。快速优质的模数控制器可精确测量电流和电压信号，集成比较器子系统（CMPSS）提供过流和过压保护，而无需使用任何外部设备。经过优化的 CPU 内核可以快速执行控制循环。三角函数使用片上三角数学单元（TMU）可以加速操作。该解决方案还选择在 F28004x 和 F2837x 上使用控制律加速器（CLA）， CLA 是协处理器可用于减轻 CPU 负担并在 C2000 上启用运行更快的循环或更多功能

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一本很详尽的磁件书，里面的例子使用【核心代码】目录第一章磁的基本概念………………………………………………………………………11.1 磁的基本现象 …………………………………………………………………………………11.2 电流与磁场…………………………………………………………………………………… 11.3 磁的单位和电磁基本定律………………………………………………………………… 2 1.3.1 磁感应强度(B-磁通密度) ……………………………………………………………………3 1.3.2 磁通……………………………………………………………………………………………3 1.3.3 磁导率µ和磁场强度 H ………………………………………………………………………3 1.3.4 安培环路定律………………………………………………………………………………… 4 1.3.5 电磁感应定律………………………………………………………………………………… 5 1.3.6 电磁能量关系 …………………………………………………………………………………6 本章要点 7第二章电路中的磁性元件…………………………………………………………………82.1 自感……………………………………………………………………………………………82.2 互感……………………………………………………………………………………………82.2.1 线圈之间的互感 ………………………………………………………………………………92.2.2 互感系数………………………………………………………………………………………92.2.3 互感电动势……………………………………………………………………………………92.2.4 互感电路………………………………………………………………………………………102.3 变压器…………………………………………………………………………………………122.3.1 变压器空载……………………………………………………………………………………132.3.2 变压器负载状态………………………………………………………………………………132.3.3 变压器等效电路………………………………………………………………………………14 本章要点…………………………………………………………………………………………15第三章磁路和电感计算………………………………………………………………… 173.1 磁路的概念…………………………………………………………………………………173.2 磁路的欧姆定律 ……………………………………………………………………………173.3 磁芯磁场和磁路 ……………………………………………………………………………193.3.1 无气隙磁芯磁场 ………………………………………………………………………………193.3.2 E 型磁芯磁场和等效磁路……………………………………………………………………213.3.3 气隙磁导的计算 ………………………………………………………………………………233.4 电感计算………………………………………………………………………………………273.4.1 导线和无磁芯线圈的电感计算－经验公式…………………………………………………283.4.2 磁芯电感………………………………………………………………………………………33 本章要点……………………………………………………………………………………………35第四章软磁材料………………………………………………………………………………364.1 磁性材料的磁化………………………………………………………………………………364.2 磁材料的磁化曲线……………………………………………………………………………364.2.1 磁性物质磁化过程和初始磁化曲线 …………………………………………………………364.2.2 饱和磁滞回线和基本参数……………………………………………………………………374.3 磁芯损耗………………………………………………………………………………………38 4.3.1 磁化能量和磁滞损耗 Ph………………………………………………………………………384.3.2 涡流损耗 Pe ……………………………………………………………………………………394.3.3 剩余损耗 Pc ……………………………………………………………………………………404.4 磁化曲线的测量和显示……………………………………………………………………… 414.4.1 测试原理和电路 ……………………………………………………………………………… 414.4.2 磁化曲线的显示 …………………………………………………………………………… 424.5 相对磁导率µr……………………………………………………………………………………434.5.1 最大磁导率μm…………………………………………………………………………………434.5.2 初始磁导率μI …………………………………………………………………………………434.5.3 增量磁导率µ∆………………………………………………………………………………… 434.5.4 有效磁导率μe…………………………………………………………………………………444.5.5 幅值磁导率µa …………………………………………………………………………………444.6 常用软磁材料 ………………………………………………………………………………… 464.6.1 对软磁材料的要求 …………………………………………………………………………… 464.6.2 合金磁材料 ……………………………………………………………………………………464.6.3 磁粉芯…………………………………………………………………………………………514.6.4 软磁铁氧体材料……………………………………………………………………………… 524.7 软磁材料的选用原则 ……………………………………………………………………………56 本章要点 ……………………………………………………………………………………………56第五章变换器中磁芯的工作要求……………………………………………………………585.1 Ⅰ类工作状态－Buck 变换器滤波电感磁芯……………………………………………………585.2 Ⅱ类工作状态－正激变换器变压器 ……………………………………………………………605.3 Ⅲ类工作状态－推挽型变换器中变压器 …………………………………………………… 625.3.1 输出交流时逆变器中的变压器 ………………………………………………………………635.3.2 SPWM 交流输出滤波电感 ………………………………………………………………… 655.3.3 直流输出时变压器的工作状态 ……………………………………………………………… 665.4 准Ⅲ工作状态－磁放大器磁芯工作状态………………………………………………………685.4.1 磁放大器原理 …………………………………………………………………………………685.4.2 实际应用举例 …………………………………………………………………………………69本章要点 ………………………………………………………………………………………70第六章线圈 ………………………………………………………………………………………716.1 集肤效应…………………………………………………………………………………………716.2 线圈磁场和邻近效应…………………………………………………………………………736.3 变压器线圈的漏感……………………………………………………………………………746.3.1 典型变压器磁芯的漏感分析…………………………………………………………………746.3.2 其他结构的漏磁……………………………………………………………………………… 766.3.3 减少漏磁的主要方法－线圈交错绕…………………………………………………………766.4 邻近效应对多层线圈影响………………………………………………………………………766.4.1 多层线圈………………………………………………………………………………………776.4.2 线圈的并联……………………………………………………………………………………806.4.3 无源损耗………………………………………………………………………………………816.5 线圈结构…………………………………………………………………………………………826.5.1 绝缘、热阻和电流密度………………………………………………………………………826.5.2 计算有效值电流 ………………………………………………………………………………856.5.3 窗口充填系数 kw ………………………………………………………………………………866.5.4 电路拓扑………………………………………………………………………………………87 6.6 线圈间电容和端部电容…………………………………………………………………………87 本章要点………………………………………………………………………………………89第七章功率变压器设计 ………………………………………………………………………907.1 变压器设计一般问题……………………………………………………………………………907.1.1 变压器功能……………………………………………………………………………………907.1.2 变压器的寄生参数及其影响…………………………………………………………………907.1.3 温升和损耗 ……………………………………………………………………………………997.1.4 充填系数………………………………………………………………………………………927.1.5 电路拓扑………………………………………………………………………………………927.1.6 频率……………………………………………………………………………………………927.1.7 占空度………………………………………………………………………………………937.1.8 匝数和匝比选取………………………………………………………………………………947.1.9 磁通偏移………………………………………………………………………………………967.1.10 磁芯选择……………………………………………………………………………………977.2 变压器设计基本步骤………………………………………………………………………101第八章电感和反激变压器设计……………………………………………………………1068.1 应用场合 ………………………………………………………………………………………1068.1.1 输出滤波电感(Buck)…………………………………………………………………………1068.1.2 Boost 和 Boost/Buck 电感 ……………………………………………………………………1078.1.3 反激变压器…………………………………………………………………………………1088.1.4 耦合滤波电感………………………………………………………………………………1098.2 损耗和温升……………………………………………………………………………………1118.3 磁芯……………………………………………………………………………………………1118.3.1 磁芯气隙……………………………………………………………………………………1118.3.2 散磁引起的损耗……………………… … … ………………………………………………1128.3.3 扩大电感磁通摆幅…………………… … … ………………………………………………1138.3.4 磁芯材料和形状………………………………………………………………………………1148.3.5 决定磁芯尺寸………………………………………………………………………………1148.4 电感计算………………………………………………………………………………………1158.4.1 气隙磁芯电感………………………………………………………………………………1168.4.2 磁粉芯和恒导磁芯电感……………………………………………………………………1168.4.3 利用电感系数 AL计算电感…………………………………………………………………1168.5 电感设计………………………………………………………………………………………1168.5.1 设计步骤……………………………………………………………………………………1168.5.2 举例－Buck 输出滤波电感…………………………………………………………………1188.5.3 反激变压器电感设计………………………………………………………………………120第九章特殊磁性元件…………………………………………………………………………1299.1 电流互感器……………………………………………………………………………………1299.1.1 交流互感器…………………………………………………………………………………1299.1.2 脉冲直流互感器………………………………………………………………………………1329.2 磁调节器和尖峰抑制器设计…………………………………………………………………1359.2.1 矩形磁芯基本特性……………………………………………………………………………1359.2.2 磁放大器设计…………………………………………………………………………………1369.2.3 噪声抑制磁芯…………………………………………………………………………………138第十章附录………………………………………………………………………………………14110.1 单位制和转换关系……………………………………………………………………………14110.2 导线数据………………………………………………………………………………………14210.2.1 漆包线规格、绝缘和耐压…………………………………………………………………14210.2.2 英制导线规格及公制转换…………………………………………………………………14310.2.3 电工铜带……………………………………………………………………………………14410.3 铁氧体………………………………………………………………………………………14510.3.1 国产铁氧体材料特性………………………………………………………………………14510.3.2 铁氧体尺寸规格……………………………………………………………………………14510.3.3 国内外铁氧体材料对照……………………………………………………………………15610.4 磁粉芯………………………………………………………………………………………15610.4.1 磁粉芯的主要性能和规格…………………………………………………………………15610.4.2 磁粉芯电感估算……………………………………………………………………………15610.4.3 国内外磁粉芯规格…………………………………………………………………………15710.5 矩形磁滞回线磁芯……………………………………………………………………………15810.5.1 非晶合金……………………………………………………………………………………15810.5.2 噪声抑制器件………………………………………………………………………………15910.5.3 矩形磁滞回线铁氧体磁芯…………………………………………………………………15910.6 绝缘 …………………………………………………………………………………………15910.6.1 线圈端部处理－留边距离 Z、端空距离 d………………………………………………16010.6.2 内层绝缘(线圈骨架到磁芯)、绕组间绝缘 ………………………………………………16010.6.3 线圈的裹覆、端封和灌注方式的选择……………………………………………………16110.6.4 出头绝缘距离………………………………………………………………………………16110.6.5 工艺…………………………………………………………………………………………16110.7 磁性元件相关标准……………………………………………………………………………16210.7.1 国家标准……………………………………………………………………………………16210.7.2 部分国际标准………………………………………………………………………………164

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