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。