1. ?設(shè)計(jì)需求分析

->?功率等級(jí)：30kW，適用于充電樁內(nèi)部電源模塊。

->?輸入電壓：三相230V AC，頻率50Hz。

->?輸出參數(shù)：電壓500~750V可調(diào)，電流0~40A可調(diào)。

->?PFC整流要求：具備高功率因素（PF>99%）。

->?低成本：開(kāi)關(guān)管選用普通MOS管。

2. ?拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇

VIENNA_Ⅱ+Y型LLC：常見(jiàn)的三相PFC拓?fù)溆蠽IENNA_I和VIENNA_Ⅱ，VIENNA_I需要的開(kāi)關(guān)管個(gè)數(shù)要比VIENNA_II多12個(gè)二極管，出于成本和拓?fù)涞暮?jiǎn)易特性，我們選用VIENNA_Ⅱ拓?fù)渥鳛樯龎荷龎赫麟娐罚? 普通的MOS管額定電壓為650V，前級(jí)PFC整流輸出電壓高達(dá)800V，考慮到DC模塊輸出電壓為750V40A，LLC選用上下半母線對(duì)稱(chēng)Y型LLC，LLC管子承受電壓為母線總電壓的一半，同時(shí)對(duì)稱(chēng)△型LLC后級(jí)輸出串聯(lián)能夠降低輸出電容成本和壓縮空間提高功率密度。

 3. ?控制策略

• PWM調(diào)制：采用正弦脈寬調(diào)制（SPWM）生成高質(zhì)量的正弦波。
• 鎖相環(huán)（PLL）：實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的同步，確保輸出頻率和相位與電網(wǎng)一致。
• DQ控制：利用坐標(biāo)變換，將三相交流量變換成DQ變量，實(shí)現(xiàn)有功無(wú)功的精準(zhǔn)控制。
• LLC雙環(huán)競(jìng)爭(zhēng)控制：電池電壓和電流環(huán)競(jìng)爭(zhēng)控制，確保充電模塊輸出安全可靠。

 4. ?PFC整流實(shí)現(xiàn)

A ->PFC拓?fù)溥x擇

常見(jiàn)的三相PFC拓?fù)溆蠽IENNA_I和VIENNA_Ⅱ，考慮成本和拓?fù)渥呔€布局原因選用VIENNA_Ⅱ，MOS管規(guī)格選用650V40mΩ，二極管規(guī)格選用600V60A。

B->PFC控制實(shí)現(xiàn)

      使用基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的PLL（dq-PLL）對(duì)市電相位進(jìn)行跟蹤，實(shí)現(xiàn)市電相位的實(shí)時(shí)跟蹤確保整流高PF值。PFC控制采用DQ坐標(biāo)變換，將三相電壓電流交流量變換成DQ直流量，然后對(duì)DQ直流量進(jìn)行PI控制，最后將DQ控制的輸出進(jìn)行逆變換，生成三相SPWM；

B1.基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的PLL（dq-PLL），算法流程圖如下：

dq-PLL算法如下：

使用PSIM仿真軟件搭建基于同步旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系的PLL如下：

仿真波形：

B2.PFC控制算法

PFC控制采用DQ坐標(biāo)變換，將三相電壓電流交流量變換成DQ直流量，然后對(duì)DQ直流量進(jìn)行PI控制，最后將DQ控制的輸出進(jìn)行逆變換，生成三相SPWM；

PFC閉環(huán)系統(tǒng)如下：

仿真結(jié)果如下：

 5.  DCDC控制實(shí)現(xiàn)

A ->LLC拓?fù)溥x擇

    輸出750V40A這個(gè)規(guī)格的LLC，選用全橋LLC單個(gè)管子無(wú)法做到這么大電流輸出，管子并聯(lián)系統(tǒng)可靠性降低；選用Y型LLC共有三個(gè)橋臂分?jǐn)傠娏鳎档蜔釕?yīng)力，提升可靠性；同樣開(kāi)關(guān)頻率下Y型LLC與全橋LLC，Y型LLC輸出電流要高1倍多，磁芯利用率更高；輸出等效頻率Y型LLC是全橋LLC的3倍，需要的濾波電容更少；另外輸出電壓高達(dá)750V，電壓越高電解電容的體積跟成本就越高，考慮到前級(jí)VIENNA_Ⅱ整流輸出是有正負(fù)母線，后級(jí)DCDC整體方案選用上下母線各有一路Y型LLC，后級(jí)LLC整流后再進(jìn)行串聯(lián)輸出，這樣LLC后級(jí)輸出的電壓只有總輸出電壓的一半，可以提升整理電源系統(tǒng)的功率密度以及成本優(yōu)勢(shì)。

Y型LLC 和全橋LLC電流傳輸示意圖：

 B->Y型LLC驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)

   Y型LLC三相驅(qū)動(dòng)互相錯(cuò)開(kāi)120度，為了實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)初始角度的移相，在LLC驅(qū)動(dòng)模塊上面增加一個(gè)初始角度輸入引腳，如下圖：

C->LLC控制策略

為了保證充電模塊輸出安全可靠，采用了電壓和電流雙環(huán)競(jìng)爭(zhēng)的控制策略，控制框架如下：

使用PSIM仿真軟件搭建LLC控制系統(tǒng)如下如下：

仿真波形：設(shè)定繼電器0.2S切換負(fù)載，電流環(huán)跟電壓環(huán)之間切換順暢。

6.  充電模塊系統(tǒng)仿真

前面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了PFC閉環(huán)系統(tǒng)和Y型LLC閉環(huán)系統(tǒng)，將PFC系統(tǒng)的直流輸出接到LLC的直流輸入，整個(gè)充電模塊系統(tǒng)功能即可實(shí)現(xiàn)；仿真系統(tǒng)如下：

設(shè)置輸出500V跳變到750V仿真波形如下：

 7.  系統(tǒng)總結(jié)

      上文通過(guò)對(duì)充電模塊需求分析，選擇了最適合的PFC和DCDC拓?fù)浞桨福ㄟ^(guò)仿真驗(yàn)證了PFC閉環(huán)控制系統(tǒng)、對(duì)稱(chēng)Y型LLC閉環(huán)控制系統(tǒng)，最后將PFC和LLC結(jié)合搭建了充電模塊的系統(tǒng)仿真，并通過(guò)仿真波形驗(yàn)證了該方案的可行性。