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600W便攜逆變模塊系統設計

1. ?設計需求分析

->?功率等級:600W,適用于配套0.5度電的便攜儲能系統。

->?輸入電壓范圍:7串的磷酸鐵鋰電池,電池范圍19.6V~25.2V。

->?輸出電壓:針對北美市場,單相120V AC,頻率50Hz。

->?離網網要求:具備低諧波失真(THD<5%)。

->?可AC充電: 具備高功率因素(PF>99%),低諧波(THDi<5%)。

2. ?拓撲結構選擇

       LLC全橋+逆變器全橋:LLC全橋能夠有好的開關特性,可以實現輸入電池高效率的雙向充放電;LLC低壓端使用全橋,高壓端使用半橋,主要考慮這個功率段的電源對成本要求比較敏感,高壓半橋可以剩下兩個開關管和對應的驅動電路;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LLC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

  • ØLLC驅動:采用LLC全橋變頻驅動,實現電池的高效率轉換。
  • ØPWM調制:采用正弦脈寬調制(SPWM)生成高質量的正弦波。
  • Ø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。
  • ØPFC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%。
  • ØDC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 ->LLC閉環實現

       LLC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。同一橋臂上下開關管驅動為占空比50%的互補信號,對角開關驅動信號保持同步,通過改變開關管的驅動頻率改變LLC的增益特性,實現了輸出電壓的可控調整。

--->搭建LLC驅動如下:

注-->fs為驅動頻率;Dt為橋臂上下管驅動死區;En為驅動模塊使能控制; F1、F2為橋臂上下管驅動;

驅動模塊測試:通過給定驅動頻率30KHz,60KHz,90KHz,測試驅動頻率是否響應準確;

--->搭建LLC閉環升壓控制:

      由于諧振電感和諧振電容都是在高壓端,LLC雙向橋從低壓側看進去其實退變成了LC,最大頻率增益在LC諧振頻率的時候達到最大值;通過固定開關頻率為諧振頻率,然后改變驅動信號的占空比來調整輸出電壓,如何改變占空比呢?上面設計的LLC驅動模塊有一個Dt輸入,通過改變Dt變量即可實現占空比的改變。LLC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 ->LLC+INV實現

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

C->LLC控制電池充電實現

       由于LLC的增益變化范圍比較小,即使大范圍改變LLC驅動頻率也無法大范圍改變增益輸出,因此驅動方式使用變頻+改變占空比的驅動方式;環路控制上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+LLC實現

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

 仿真波形:

6.  系統總結

      本文先通過對拓撲方案選擇入手,然后對LLC驅動分析,進一步搭建LLC+INV逆變系統,通過仿真驗證了LLC升壓逆變的方案的可行性;緊接著分析搭建PFC+LLC的電池充電方案,通過仿真驗證了PFC+LLC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600W雙向便攜電源模塊的方案的可執行性;

      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。同時可以優化LLC控制方案策略,比如充電時動態調整PFC的輸出電壓,盡可能使得LLC工作在諧振頻率附近從而提高電池充電轉換效率;放電時LLC采用輕載閉環,重載開環的控制策略,提高電池放電的轉換效率。

 

聲明:本內容為作者獨立觀點,不代表電子星球立場。未經允許不得轉載。授權事宜與稿件投訴,請聯系:editor@netbroad.com
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資料明細:LLC半橋+INV閉環控制.zip,PFC+LLC閉環控制.zip
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  • dy-vjHiFQpz 2星期前
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  • zxs2000 3星期前
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  • pplo510 05-12 14:35
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  • dy-DdRpMdNN 05-07 19:43
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  • zzw_123 04-28 09:30
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  • WeiBestSmart 04-27 10:13
    請問:空載LLC間歇式發波如何實現
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  • WeiBestSmart 04-27 10:10
    你好,有DEMO嗎,我可以買一套 請加我的WX: 18925597969 61****@****.com
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  • jermes_lee 04-26 06:31
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  • tomsonshen 04-25 16:42
    都是仿真而已,和實際的差別很大。
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  • y849313817 04-24 10:31
    老師,請發一下資料,謝謝!上善若水,好人好報! 84****@****.com
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  • hotstrip 04-24 09:52
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  • zhoucwyh 04-24 08:47
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  • dy-Bfd46kUA 04-23 14:32
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  • ma244567654 04-23 11:40
    能不能發一下資料,謝謝。244567654@qq.com
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  • zzw_123 04-23 08:54
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