1. ?設計需求分析

->?功率等級：2.4kW，適用于配套1~2度電的便攜儲能系統。

->?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。

->?離網網要求：具備低諧波失真（THD<5%）。

->?可AC充電：具備高PF（>99%）,低諧波（THDi<5%）。

2. ?拓撲結構選擇

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整率，可以實現輸入電池全范圍電壓的雙向充放電，為了更好的開關特性在移相全橋高壓側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交流電，在電池充電時又能實現PFC整流；因此選擇移相全橋+逆變器全橋的拓撲架構能夠實現雙向逆變整流的功能。

3. ?控制策略

• PSFB驅動：采用移相全橋驅動，實現DC輸入側的寬范圍全電壓工作。
• PWM調制：采用正弦脈寬調制（SPWM）生成高質量的正弦波。
• 逆變雙環控制：采用電流內環和電壓外環的雙閉環控制策略，實現精確的功率輸出。
• 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雙環競爭控制：電池電壓和電流環競爭控制，確保電池充電安全可靠。

4. ?放電控制實現

A ->PSFB閉環實現

    移相全橋由4個開關管（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。兩組開關管以50%占空比互補導通，通過移相控制調節兩組之間的相位差（φ）,改變加在變壓器兩邊的電平占空比，實現了輸出電壓的可控調整。

--->搭建PSFB驅動如下：

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

--->驅動模塊測試：

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閉環升壓控制：

控制框架如下：使用PI控制器，將母線電壓環輸出轉換成移相全橋控制的移相角度，實現母線電壓穩定控制到350V；

PSFB閉環系統如下：

仿真結果如下：

B->逆變離網實現

逆變控制框架如下：通過PI控制將逆變電壓外環輸出轉化為內環電流給定，內環電流環在進行PI控制，將輸出轉為PWM調制信號，控制PWM；

逆變閉環系統如下：

仿真結果如下：

C ->PSFB+INV實現

上面A、B分別已經實現了PSFB閉環和逆變閉環控制，將PSFB系統的高壓輸出，接到逆變的DC輸入，即可實現PSFB+INV的閉環控制系統；

仿真結果如下：

5.  充電控制實現

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控制電池充電實現

為了保證電池充電安全，采用了電壓和電流雙環競爭的控制策略，控制框架如下：

使用PSIM仿真軟件搭建電池雙環控制系統如下：

仿真波形：

設定繼電器0.5S切換負載，電流環跟電壓環之間切換順暢。

C ->PFC+PSFB實現

上面A、B分別已經實現了PFC閉環和PSFB閉環控制，將PFC系統的DC輸出，接到PSFB的高壓輸入，即可實現PFC+PSFB的閉環控制系統；

仿真波形：

6.  系統總結

        上述通過對PSFB驅動開始分析，進一步搭建PSFB+INV逆變系統，通過仿真驗證了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，并通過仿真驗證了PFC+PSFB降壓對電池充電的可行性，綜合兩個實驗的分析結果，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；

        后續優化，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，實現模塊充放電的隨意調度。同時可以在PSFB充電中嘗試加入PR諧振算法優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電路的正弦特性優化PF跟THDi；