1. ?設(shè)計(jì)需求分析
->?功率等級(jí)：10kW，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250~500V可調(diào)，電流0~20A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+三電平半橋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500V20A，直接選用三電平半橋LLC作為直流轉(zhuǎn)換拓?fù)洌娖桨霕蛎總€(gè)管子最大承受電壓為母線電壓的一半；
3. ?控制策略
- ØPWM調(diào)制：采用正弦脈寬調(diào)制（SPWM）生成高質(zhì)量的正弦波。
- Ø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。
- ØDQ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。
- ØLLC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)
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0.5S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)和三電平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：
仿真波形如下：
7. 系統(tǒng)總結(jié)
上述通過(guò)對(duì)充電模塊需求分析，選擇了最適合的拓?fù)浞桨福ㄟ^(guò)仿真驗(yàn)證了PFC閉環(huán)控制系統(tǒng)、三電平半橋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。
后續(xù)優(yōu)化，PFC整流嘗試用SOGI算法鎖相更好的控制PFC電路的正弦特性優(yōu)化PF跟THDi；充電模塊的系統(tǒng)仿真可以將LLC輸出和PFC輸出搭建成聯(lián)動(dòng)輸出，根據(jù)后級(jí)LLC的負(fù)載動(dòng)態(tài)調(diào)整PFC的輸出電壓，實(shí)現(xiàn)PFC和LLC的高效率轉(zhuǎn)換。