功率硬件定制 | 三有源全橋雙向DC-DC變流模塊

PART01

性能參數

參數表

PART02

產品拓撲

三有源全橋雙向（Three Active Bridge ，TAB）DC-DC變換器由3個H橋模塊通過三繞組變壓器連接構成，各端口均為雙向端口，可以實現單輸入雙輸出或雙輸入單輸出工況，TAB變換器采用移相控制。

與其他變流器相比 ,該變流器具有輸入電流紋波低、電氣隔離、軟開關、開關器件應力低, 控制簡單等優點。主要建立平均狀態空間數學模型 ,并在此基礎上推導出小信號狀態方程 , 進行雙閉環控制系統的設計和優化。

PART03

主控制器

· CPU:TMS320F28335（DSP），主頻150M；

· 板載DSP仿真器，可直接下載仿真；

· 電源：+24V 3A輸入；

· 通訊端口：1路隔離485，1路隔離CAN，1路10/100M網口；

· 數字輸出：4路DO，12路PWM，5V TTL電平輸出；

· 數字輸入：5路DI，包含1路TZ信號，5V輸入；

· 模擬輸入：16路AD輸入，12位精度，±3V輸入；

· 編碼器：1路eQEP接口，單端5V輸入；

· 指示燈：1個5V電源指示燈。

PART04

接口電路

· 24V電源接口：用于為板卡供電，外部輸入24V；

· 液晶屏接口：用于連接液晶屏的RJ45接口，主要為液晶供電以及通信的RS485；

· RCP接口使能撥碼開關：若使用外部RCP控制器，那么此撥碼開關需要撥到ON位置；

· RCP PWM接口：若使用外部RCP控制器，那么需要將此接口與IPM電源板連接；

· PWM接口：內部DSP控制器PWM輸出接口，若使用內部DSP控制器，需要將此接口與IPM電源板連接；

· 繼電器接口：用于控制功率電路的繼電器；

· 電壓采集接口：連接需要被測的直流電壓或者交流電壓；

· 電流傳感器接口：用于連接被測電流的傳感器接口；

· PT100接口：連接PT100溫度傳感器；

· RCP外擴接口：與外部的RCP控制器連接；此部分有兩種接口，左側接口為PWM接口，右側接口為ADC接口。連接時需要注意底板絲印字的提示。

PART05

功率硬件

· 三繞組變壓器：變比為26：15：9；

· 三端口：從上到下分別為400V端口，200V端口，120V端口；

· 端口電容：兩個1000uf/315V電解電容串聯組成，并聯一個110uf/550V薄膜電容；

· H橋：3組全橋模塊，采用IXYS Corporation公司的MOSFET管IXFH46N65X2，電流為46A，直流側電壓等級為650V；

· 濾波電感：從上到下感值分別為8uH,4uH,3uH；

PART06

人機界面

PART07

軟件框架

軟件部分主要分成驅動層和應用層兩個部分，軟件框架主要包括while死循環以及PWM周期中斷。其中死循環中主要實現實時性要求不高的處理，而PWM周期中斷主要實現對實時性要求高的處理。

下圖為主要框架流程圖：左側為死循環，右側為PWM周期中斷。

PART08

控制策略

三有源橋變流器的控制策略圖

如圖所示，其中有兩個電流PID環和一個電壓PI環。該控制策略用于調節輸出電壓和輸入電流。圖中為輸出電壓的參考值，經過PI調節器分別輸出作為電流環的參考值，再由電流PID調節器分別產生移相角，實現對電流和輸出電壓的控制。

PART09

結論

此次定制的三有源橋變流器具有電氣隔離、雙向能量流動、輸入電流紋波小以及匹配不同電壓等級的電源等優點。通過建立三有源橋變流器的平均狀態空間數學模型,并在狀態空間模型的基礎上推導出小信號狀態方程，通過雙閉環控制系統驗證了該變流器具有較好的動態響應性能。