本帖最后由 电笔小新 于 2025-4-20 22:08 编辑
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1. 设计需求分析->功率等级：2.4kW，适用于配套1~2度电的便携储能系统。 ->输入电压范围：16串的磷酸铁锂电池，电池范围44.8V~57.6V。 ->输出电压：单相220V AC，频率50Hz。 ->离网网要求：具备低谐波失真（THD<5%）。
2. 拓扑结构选择移相全桥+逆变器全桥：移相全桥能够有比较宽的电压增益调整率，可以实现输入电池全范围电压的双向充放电，为了更好的开关特性在移相全桥高压侧加入了谐振电感跟电容；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；因此选择移相全桥+逆变器全桥的拓扑架构能够实现双向逆变整流的功能。
3. 控制策略- PSFB驱动：采用移相全桥驱动，实现DC输入侧的宽范围全电压工作。
- 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 ->PSFB闭环实现 移相全桥由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。Q1 & Q2（超前臂）为一组，Q3 & Q4（滞后臂）为另一组。两组开关管以50%占空比互补导通，通过移相控制调节两组之间的相位差（φ）,改变加在变压器两边的电平占空比，实现了输出电压的可控调整。 --->搭建PSFB驱动如下： 注-->fs为驱动频率；θ为移相角度；Dt为桥臂上下管驱动死区；En为驱动模块使能控制； F1、F2为超桥臂上下管驱动；B1、B2为滞后臂上下管驱动； 驱动模块测试： 通过给定移相角度为0、30°、90°，测试超前臂和滞后臂的移相控制； --->搭建PSFB闭环升压控制： 控制框架如下：使用PI控制器，将母线电压环输出转换成移相全桥控制的移相角度，实现母线电压稳定控制到350V； PSFB闭环系统如下： 仿真结果如下： 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： 仿真结果如下： C ->PSFB+INV实现 上面A、B分别已经实现了PSFB闭环和逆变闭环控制，将PSFB系统的高压输出，接到逆变的DC输入，即可实现PSFB+INV的闭环控制系统； 仿真结果如下： 5. 充电控制实现 A->PFC整流控制 算法流程图如下： 使用PSIM仿真软件搭建PFC整流控制如下： 仿真波形如下： C->PSFB控制电池充电实现 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： 使用PSIM仿真软件搭建电池双环控制系统如下： 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。 C ->PFC+PSFB实现 上面A、B分别已经实现了PFC闭环和PSFB闭环控制，将PFC系统的DC输出，接到PSFB的高压输入，即可实现PFC+PSFB的闭环控制系统； 仿真波形：
6. 系统总结上述通过对PSFB驱动开始分析，进一步搭建PSFB+INV逆变系统，通过仿真验证了PSFB升压逆变的方案的可行性；紧接着分析搭建PFC+PSFB的电池充电方案，并通过仿真验证了PFC+PSFB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2.4KW双向移相全桥电源模块的可行性； 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。同时可以在PSFB充电中尝试加入PR谐振算法优化电池充电电流纹波；INV逆变控制也可以尝试用DQ控制算法优化逆变输出性能；PFC整流尝试用SOGI算法锁相更好的控制PFC电路的正弦特性优化PF跟THDi；
7. 相关文件
PFC PSFB闭环控制.zip
(22.22 KB)
PSFB INV闭环控制.zip
(17.85 KB)
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