[逆变器]

600W便携逆变模块系统设计

[复制链接]
2103|1
手机看帖
扫描二维码
随时随地手机跟帖
电笔小新|  楼主 | 2025-5-15 18:44 | 显示全部楼层 |阅读模式
本帖最后由 电笔小新 于 2025-5-20 14:01 编辑


1. ​设计需求分析
->​功率等级:600W,适用于配套1度电的便携储能系统。
->​输入电压范围:7串的磷酸铁锂电池,电池范围19.6V~25.2V。
->​输出电压:针对北美市场,单相120V AC,频率50Hz。
->​离网网要求:具备低谐波失真(THD<5%)。
->​可AC充电:具备高功率因素(PF>99%),低谐波(THDi<5%)。
2. ​拓扑结构选择
LLC全桥+逆变器全桥:LLC全桥能够有好的开关特性,可以实现输入电池高效率的双向充放电;LLC低压端使用全桥,高压端使用半桥,主要考虑这个功率段的电源对成本要求比较敏感,高压半桥可以剩下两个开关管和对应的驱动电路;逆变器全桥在电池放电输出时能够逆变输出离网交流电,在电池充电时又能实现PFC整流;因此选择LLC全桥+逆变器全桥的拓扑架构能够实现双向逆变整流的功能。
d645724a56bf81f77a44193be0661d1b
3. ​控制策略
LLC驱动:采用LLC全桥变频驱动,实现电池的高效率转换。
PWM调制:采用正弦脉宽调制(SPWM)生成高质量的正弦波。
逆变双环控制: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。
PFC无桥整流:整流采用PFC控制,保证输入电流PF值大于99%,电流谐波小于5%。
DC双环竞争控制:电池电压和电流环竞争控制,确保电池充电安全可靠。
4. ​放电控制实现
A ->LLC闭环实现
LLC全桥由4个开关管(Q1-Q4)组成H桥,搭配高频变压器、输出整流电路(如全波整流或同步整流)和LC滤波电路。同一桥臂上下开关管驱动为占空比50%的互补信号,对角开关驱动信号保持同步,通过改变开关管的驱动频率改变LLC的增益特性,实现了输出电压的可控调整。
--->搭建LLC驱动如下:
注-->fs为驱动频率;Dt为桥臂上下管驱动死区;En为驱动模块使能控制; F1、F2为桥臂上下管驱动;
7eaa01931249e7503701b83b5307d0ab
驱动模块测试:
通过给定驱动频率30KHz,60KHz,90KHz,测试驱动频率是否响应准确;
b32ec7956004bbfb374603bd070aaa41
--->搭建LLC闭环升压控制:
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,如何改变占空比呢?上面设计的LLC驱动模块有一个Dt输入,通过改变Dt变量即可实现占空比的改变。
LLC闭环系统如下:
e0c4966b26df5aec0690448aa72bf309
仿真结果如下:
c0267dbcbd4e6e413aaade394f60f60c
B ->逆变离网实现
逆变控制框架如下:通过PI控制将逆变电压外环输出转化为内环电流给定,内环电流环在进行PI控制,将输出转为PWM调制信号,控制PWM;
逆变闭环系统如下:
ad027ff642daefe8eab3683d29a168d6
仿真结果如下:
a6391d8b515cc800b51050091a9b18a9
C ->LLC+INV实现
上面A、B分别已经实现了LLC闭环和逆变闭环控制,将LLC闭环系统的高压输出,接到逆变的DC输入,即可实现LLC+INV的闭环控制系统;
0a8c1772f3341b1ab82ac9573b1d530d
仿真结果如下:
6bd409717f44b7822635680a4f02ac4c
5. 充电控制实现
A->PFC整流控制
算法流程图如下:
PFC控制框架.png
使用PSIM仿真软件搭建PFC整流控制如下:
5a24df9e43fc178efc16e687fd2ffce3
仿真波形如下:
0aec91cedf3242bd45dfd4ee4ada2a03
B->LLC控制电池充电实现
由于LLC的增益变化范围比较小,即使大范围改变LLC驱动频率也无法大范围改变增益输出,因此驱动方式使用变频+改变占空比的驱动方式;环路控制上为了保证电池充电安全,采用了电压和电流双环竞争的控制策略,控制框架如下:
30eee10a2aa3f90af5cb1c64028e2e74
使用PSIM仿真软件搭建电池双环控制系统如下:
8e2e6e00fdd2024451db5364bee59d41
仿真波形:
设定继电器0.5S切换负载,电流环跟电压环之间切换顺畅。
477268498d751124da387f9e98499878
C ->PFC+LLC实现
上面A、B分别已经实现了PFC闭环和LLC闭环控制,将PFC系统的DC输出,接到LLC的高压输入,即可实现PFC+LLC的闭环控制系统;
34b5849e4aee035f3f8d0afc2fb9b2fe
仿真波形:
25d87935acd05c800c0e5c1f0ab2adc8
6.系统总结
       本文先通过对拓扑方案选择入手,然后对LLC驱动分析,进一步搭建LLC+INV逆变系统,通过仿真验证了LLC升压逆变的方案的可行性;紧接着分析搭建PFC+LLC的电池充电方案,通过仿真验证了PFC+LLC降压对电池充电的可行性,综合两个实验的分析结果,可以得到上述提出的600W双向便携电源模块的方案的可执行性;
      后续优化,可以将上述的仿真使用C语言编写,搭建完整的双向充放电系统,实现模块充放电的随意调度。同时可以优化LLC控制方案策略,比如充电时动态调整PFC的输出电压,尽可能使得LLC工作在谐振频率附近从而提高系统转换效率;比如放电时采用轻载闭环,重载开环的控制策略,提高电池放电的转换效率。



使用特权

评论回复

相关帖子

andy520520| | 2025-5-20 19:02 | 显示全部楼层
这个没有仿真文件?

使用特权

评论回复
发新帖 我要提问
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

9

主题

12

帖子

2

粉丝