本帖最后由 电笔小新 于 2025-8-15 10:47 编辑
1. 设计需求分析
->功率等级：3.6V100A电源模块主要用于锂电池筛选化成柜。
->DC参数：直流电压2V~3.6V，直流电流0~100A可设置。
->AC电压范围：单相交流90~264Vac。
->安全隔离：使用变压器高频隔离，保证供电安全可靠。
2. 拓扑结构选择（LLC同步整流+H4逆变整流）
LLC同步整流通过“谐振软开关+低导通损耗”的组合，实现了效率、功率密度和可靠性的协同突破，成为高端电源设计的首选方案。尽管其控制复杂度和成本较高，但在对性能要求严苛的领域（如数据中心、快充、新能源）中，其技术优势带来的长期收益远超初期投入。随着宽禁带器件和数字控制的普及，LLC+SR的性能边界将持续拓展。
H4桥的最大优势在于其集成的双向功率流能力、高效率和卓越的控制性能（低谐波、高功率因数、电压调节精确、动态响应好）。尽管成本和复杂性是其缺点，但它在需要高性能、高效率、特别是能量回馈能力的场合（如变速电机驱动、并网能源系统）中是不可替代的主流解决方案。在整流应用中的主动谐波抑制和功率因数校正能力使其成为满足现代电能质量标准的理想选择。
3. 控制策略- LLC同步整流：LLC谐振拓扑的固有特性使初级侧开关管实现ZVS、次级侧整流管实现ZCS，同步整流管（如MOSFET）的体二极管导通损耗和反向恢复损耗几乎被消除，效率可达96%-99%（传统二极管整流效率通常≤94%）。
- LLC双环竞争控制：直流输出电压和电流环竞争控制，确保输出带载安全可靠。
- PWM调制：采用正弦脉宽调制（SPWM）生成高质量的正弦波。
- 锁相环（PLL）：实现与电网的同步，确保输出频率和相位与电网一致。
- 电流控制：采用电流内环和电压外环的双闭环控制策略，实现精确的功率输出。
4. 电源模块放电实现4.1 ->DCDC拓扑介绍
DCDC拓扑选择了低压并联高压串联LLC，电压侧低电压大电流，单管散热难处理，并管均流问题导致系统稳定性下降；选用电压侧两路LLC并联，高压串联方案，优势在于由于高压侧是串联的，低压侧两路LLC必然均流（变压器低压侧电流是高压侧的N倍，N为变压器变比，只要保证两路LLC变压器变比一致即可保证均流）；另外将原本一个变压器拆分成两个变压器可以压缩布局空间，提高功率密度，如果变压器工艺能保证有比较好的一致性，可以利用变压高压侧的漏感作为谐振电感，省去外部谐振电感；
4.2 ->DCDC升压控制
由于谐振电感和谐振电容都是在高压端，LLC双向桥从低压侧看进去其实退变成了LC，最大频率增益在LC谐振频率的时候达到最大值；通过固定开关频率为谐振频率，然后改变驱动信号的占空比来调整输出电压；为了方便实现控制直接使用LLC驱动模块，通过固定驱动频率，修改驱动模块的Dt输入，即可实现占空比的变化；
搭建闭环系统如下：
仿真波形如下：
4.3->逆变并网控制
控制框架如下：使用SOGI锁相控制器输出市电角度，然后通过给定并网电流，通过PI控制器输出转化成SPWM，驱动H4桥实现逆变并网。
搭建闭环系统如下：
仿真波形如下：
4.4->放电系统实现
前面已经实现了LLC升压和逆变并网，如何将LLC系统和逆变系统串联起来呢？对系统功能进行分析，放电系统目的是要对电池电流进行控制监控，为了控制电池的放电电流，就必须将电池电流引入到控制环路，控制环路如下：
搭建闭环系统如下：
仿真波形如下：
5. 电源模块充电实现
5.1->H4桥整流升压
控制框架如下：使用SOGI锁相控制器输出市电角度，然后母线电压外环交流电流内环，通过PI控制器输出转化成SPWM，驱动H4桥实现整流升压。
搭建闭环系统如下：
仿真波形如下：
5.2->LLC输出控制
在LLC谐振变换器中引入电压环与电流环的竞争控制（也称为双环切换控制或混合控制），能够兼顾动态响应与稳定性，尤其适用于宽负载范围或快速瞬态响应的场景。通过竞争控制，LLC变换器在动态与稳态性能间取得平衡，控制框架如下：
结合LLC同步整流和LLC双环竞争控制搭建闭环仿真系统如下：
仿真波形：
5.3->充电系统实现
前面已经实现了H4整流升压和LLC同步整流控制，只要将整流升压的DC输出接到LLC同步整流控制的高压输入，即可实现整个电源系统的闭环充电功能。
搭建闭环系统如下：
仿真波形：
6. 系统总结 本文先从3.6V100A电池成化模块拓扑选择讲起，首先对电源模块放电功能分析，进而搭建LLC闭环升压、逆变并网闭环以及结合LLC+逆变的电源系统放电仿真；然后对电源模块充电功能分析，进而搭建H4整流升压、LLC双环竞争以及结合整流升压+LLC同步整流的电源系统充电仿真；从理论上验证了方案拓扑选择的可行性。
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