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2.4KW移相全橋逆變模塊系統(tǒng)設(shè)計

1. ?設(shè)計需求分析

->?功率等級:2.4kW,適用于配套1~2度電的便攜儲能系統(tǒng)。

->?輸入電壓范圍:16串的磷酸鐵鋰電池,電池范圍44.8V~57.6V。

->?輸出電壓:單相220V AC,頻率50Hz。

->?離網(wǎng)網(wǎng)要求:具備低諧波失真(THD<5%)。

->?可AC充電:具備高PF(>99%),低諧波(THDi<5%)。

2. ?拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇

移相全橋+逆變器全橋:移相全橋能夠有比較寬的電壓增益調(diào)整率,可以實(shí)現(xiàn)輸入電池全范圍電壓的雙向充放電,為了更好的開關(guān)特性在移相全橋高壓側(cè)加入了諧振電感跟電容;逆變器全橋在電池放電輸出時能夠逆變輸出離網(wǎng)交流電,在電池充電時又能實(shí)現(xiàn)PFC整流;因此選擇移相全橋+逆變器全橋的拓?fù)浼軜?gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)雙向逆變整流的功能。

3. ?控制策略

  • PSFB驅(qū)動:采用移相全橋驅(qū)動,實(shí)現(xiàn)DC輸入側(cè)的寬范圍全電壓工作。
  • PWM調(diào)制:采用正弦脈寬調(diào)制(SPWM)生成高質(zhì)量的正弦波。
  • 逆變雙環(huán)控制:采用電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)的雙閉環(huán)控制策略,實(shí)現(xiàn)精確的功率輸出。
  • PFC無橋整流:整流采用PFC控制,保證輸入電流PF值大于99%,電流諧波小于5%。
  • DC雙環(huán)競爭控制:電池電壓和電流環(huán)競爭控制,確保電池充電安全可靠。

4. ?放電控制實(shí)現(xiàn)

A ->PSFB閉環(huán)實(shí)現(xiàn)

    移相全橋由4個開關(guān)管(Q1-Q4)組成H橋,搭配高頻變壓器、輸出整流電路(如全波整流或同步整流)和LC濾波電路。Q1 & Q2(超前臂)為一組,Q3 & Q4(滯后臂)為另一組。兩組開關(guān)管以50%占空比互補(bǔ)導(dǎo)通,通過移相控制調(diào)節(jié)兩組之間的相位差(φ),改變加在變壓器兩邊的電平占空比,實(shí)現(xiàn)了輸出電壓的可控調(diào)整。

--->搭建PSFB驅(qū)動如下:

注-->fs為驅(qū)動頻率;θ為移相角度;Dt為橋臂上下管驅(qū)動死區(qū);En為驅(qū)動模塊使能控制; F1、F2為超橋臂上下管驅(qū)動;B1、B2為滯后臂上下管驅(qū)動;

--->驅(qū)動模塊測試:

通過給定移相角度為0、30°、90°,測試超前臂和滯后臂的移相控制;

--->搭建PSFB閉環(huán)升壓控制:

控制框架如下:使用PI控制器,將母線電壓環(huán)輸出轉(zhuǎn)換成移相全橋控制的移相角度,實(shí)現(xiàn)母線電壓穩(wěn)定控制到350V;

PSFB閉環(huán)系統(tǒng)如下:

仿真結(jié)果如下:

B->逆變離網(wǎng)實(shí)現(xiàn)

逆變控制框架如下:通過PI控制將逆變電壓外環(huán)輸出轉(zhuǎn)化為內(nèi)環(huán)電流給定,內(nèi)環(huán)電流環(huán)在進(jìn)行PI控制,將輸出轉(zhuǎn)為PWM調(diào)制信號,控制PWM;

逆變閉環(huán)系統(tǒng)如下:

仿真結(jié)果如下:

C ->PSFB+INV實(shí)現(xiàn)

上面A、B分別已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了PSFB閉環(huán)和逆變閉環(huán)控制,將PSFB系統(tǒng)的高壓輸出,接到逆變的DC輸入,即可實(shí)現(xiàn)PSFB+INV的閉環(huán)控制系統(tǒng);

仿真結(jié)果如下:

5.  充電控制實(shí)現(xiàn)

A->PFC整流控制

算法流程圖如下:

使用PSIM仿真軟件搭建PFC整流控制如下:

仿真波形如下:

B->PSFB控制電池充電實(shí)現(xiàn)

為了保證電池充電安全,采用了電壓和電流雙環(huán)競爭的控制策略,控制框架如下:

使用PSIM仿真軟件搭建電池雙環(huán)控制系統(tǒng)如下:

仿真波形:

設(shè)定繼電器0.5S切換負(fù)載,電流環(huán)跟電壓環(huán)之間切換順暢。

C ->PFC+PSFB實(shí)現(xiàn)

上面A、B分別已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了PFC閉環(huán)和PSFB閉環(huán)控制,將PFC系統(tǒng)的DC輸出,接到PSFB的高壓輸入,即可實(shí)現(xiàn)PFC+PSFB的閉環(huán)控制系統(tǒng);

仿真波形:

6.  系統(tǒng)總結(jié)

        上述通過對PSFB驅(qū)動開始分析,進(jìn)一步搭建PSFB+INV逆變系統(tǒng),通過仿真驗(yàn)證了PSFB升壓逆變的方案的可行性;緊接著分析搭建PFC+PSFB的電池充電方案,并通過仿真驗(yàn)證了PFC+PSFB降壓對電池充電的可行性,綜合兩個實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果,可以得到上述提出的2.4KW雙向移相全橋電源模塊的可行性;

        后續(xù)優(yōu)化,可以將上述的仿真使用C語言編寫,搭建完整的雙向充放電系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)模塊充放電的隨意調(diào)度。同時可以在PSFB充電中嘗試加入PR諧振算法優(yōu)化電池充電電流紋波;INV逆變控制也可以嘗試用DQ控制算法優(yōu)化逆變輸出性能;PFC整流嘗試用SOGI算法鎖相更好的控制PFC電路的正弦特性優(yōu)化PF跟THDi;

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資料明細(xì):2.4KW移相全橋逆變模塊系統(tǒng)設(shè)計
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  • 電源世家菜鳥 15小時前
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  • zhoucwyh 3天前
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  • dy-lfE2ecFH 4天前
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  • wrybfq 2星期前
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  • wrybfq 2星期前
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  • dy-vjHiFQpz 2星期前
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  • zxs2000 3星期前
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  • dy-KKv52Ch1 05-23 09:14
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  • dy-AvDKHYvn 05-17 16:27
    老師,PSIM仿真缺少了子器件仿真不了,能補(bǔ)充一下嗎
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  • dy-AvDKHYvn 05-17 13:41
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  • pplo510 05-12 14:36
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  • dy-zcfMyhzM 04-30 14:25
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  • dy-iD62drax 04-23 15:43
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  • ma244567654 04-23 11:39
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