1. ?設計需求分析

->?功率等級：600W，適用于配(pei)套0.5度(du)電的便攜(xie)儲能(neng)系統(tong)。

->?輸入電壓范圍：7串的磷酸(suan)鐵鋰電池(chi)，電池(chi)范圍19.6V~25.2V。

->?輸出電壓：針對(dui)北(bei)美市場，單相120V AC，頻率50Hz。

->?離網網要求：具備低諧波失真(THD<5%)。

->?可AC充電： 具備高功率因素（PF>99%）,低諧波(THDi<5%)。

2. ?拓撲結構選擇

       LLC全橋+逆變器全橋：LLC全橋能夠有好的開關特性，可以實現輸入電池高效率的雙向充放電；LLC低壓端使用全橋，高壓端使用半橋，主要考慮這個功率段的電源對成本要求比較敏感，高壓半橋可以剩下兩個開關管和對應的驅動電路；逆(ni)變器全橋在(zai)電(dian)池(chi)放電(dian)輸出時能夠(gou)逆(ni)變輸出離網交流電(dian)，在(zai)電(dian)池(chi)充電(dian)時又能實(shi)現(xian)PFC整(zheng)流；因此選擇LLC全橋+逆(ni)變器全橋的拓撲架構能夠(gou)實(shi)現(xian)雙向(xiang)逆(ni)變整(zheng)流的功能。

3. ?控制策略

• ØLLC驅動：采用LLC全橋變頻驅動，實現電池的高效率轉換。
• ØPWM調制：采用正弦脈寬調制（SPWM）生成高質量的正弦波。
• Ø逆變雙環控制：采用電流內環和電壓外環的雙閉環控制策略，實現精確的功率輸出。
• ØPFC無橋整流：整流采用PFC控制，保證輸入電流PF值大于99%，電流諧波小于5%。
• ØDC雙環競爭控制：電池電壓和電流環競爭控制，確保電池充電安全可靠。

4. ?放電控制實現

A ->LLC閉環實現

       LLC全橋由4個開關管(guan)（Q1-Q4）組成H橋，搭配高(gao)頻變(bian)壓器、輸出整(zheng)流電(dian)路（如全波整(zheng)流或同步(bu)整(zheng)流）和LC濾波電(dian)路。同一(yi)橋臂(bei)上(shang)下開關管(guan)驅(qu)動為占(zhan)空比50%的互補(bu)信號，對角開關驅(qu)動信號保持(chi)同步(bu)，通過(guo)改變(bian)開關管(guan)的驅(qu)動頻率改變(bian)LLC的增益特(te)性，實(shi)現(xian)了輸出電(dian)壓的可控調整(zheng)。

--->搭建LLC驅動如下：

注-->fs為驅動頻率；Dt為橋臂上下管驅動死區；En為驅動模塊使能控制； F1、F2為橋臂上下管驅動；

驅(qu)動模塊測試：通過給定驅(qu)動頻率30KHz，60KHz，90KHz，測試驅(qu)動頻率是否(fou)響應準確；

--->搭建LLC閉環升壓控制：

      由于(yu)諧振電感(gan)和諧振電容都(dou)是在高壓端，LLC雙向橋從低壓側看進(jin)去其實退變(bian)(bian)(bian)成了LC，最(zui)(zui)大頻(pin)率(lv)增益在LC諧振頻(pin)率(lv)的時候達(da)到最(zui)(zui)大值(zhi)；通過(guo)固(gu)定開(kai)關頻(pin)率(lv)為諧振頻(pin)率(lv)，然(ran)后改(gai)(gai)變(bian)(bian)(bian)驅動(dong)(dong)信號的占空(kong)(kong)比來調整輸(shu)出電壓，如何改(gai)(gai)變(bian)(bian)(bian)占空(kong)(kong)比呢(ni)？上面設計的LLC驅動(dong)(dong)模塊有一個Dt輸(shu)入，通過(guo)改(gai)(gai)變(bian)(bian)(bian)Dt變(bian)(bian)(bian)量即可(ke)實現(xian)占空(kong)(kong)比的改(gai)(gai)變(bian)(bian)(bian)。LLC閉環系(xi)統(tong)如下(xia)：

仿真結果如下：

B->逆變離網實現

      逆變(bian)控制(zhi)(zhi)(zhi)框架如下(xia)：通過PI控制(zhi)(zhi)(zhi)將逆變(bian)電壓外(wai)環(huan)輸出(chu)轉化為內(nei)環(huan)電流(liu)給定(ding)，內(nei)環(huan)電流(liu)環(huan)在進行(xing)PI控制(zhi)(zhi)(zhi)，將輸出(chu)轉為PWM調制(zhi)(zhi)(zhi)信(xin)號，控制(zhi)(zhi)(zhi)PWM；逆變(bian)閉(bi)環(huan)系統如下(xia)：

仿真結果如下：

C ->LLC+INV實現

      上面A、B分別(bie)已經實現了LLC閉環(huan)和逆變閉環(huan)控制(zhi)，將LLC閉環(huan)系統的(de)高壓輸出，接到逆變的(de)DC輸入(ru)，即可實現LLC+INV的(de)閉環(huan)控制(zhi)系統；

仿真結果如下：

5.  充電控制實現

A->PFC整流控制

算法流程圖如下：

使(shi)用PSIM仿真軟(ruan)件搭建PFC整(zheng)流控制如下：

仿真波形如下：

C->LLC控制電池充電實現

       由于LLC的(de)增(zeng)(zeng)益變(bian)化(hua)范(fan)圍比(bi)較小，即(ji)使(shi)(shi)大范(fan)圍改變(bian)LLC驅動(dong)(dong)頻(pin)率也無(wu)法大范(fan)圍改變(bian)增(zeng)(zeng)益輸出，因此驅動(dong)(dong)方(fang)式使(shi)(shi)用變(bian)頻(pin)+改變(bian)占空(kong)比(bi)的(de)驅動(dong)(dong)方(fang)式；環路(lu)控制(zhi)上為(wei)了(le)保證電池(chi)充(chong)電安全，采用了(le)電壓和電流雙環競爭的(de)控制(zhi)策略；控制框架如下：

使用PSIM仿真軟件搭(da)建電池雙環控制系統如(ru)下：

仿(fang)真波形：設定繼電(dian)器0.5S切(qie)換負載，電(dian)流環跟電(dian)壓環之間(jian)切(qie)換順暢。

 C ->PFC+LLC實現

      上面A、B分別已(yi)經實現了(le)PFC閉環和LLC閉環控制，將PFC系(xi)統的(de)DC輸出，接到LLC的(de)高(gao)壓輸入，即(ji)可實現PFC+LLC的(de)閉環控制系(xi)統；

 仿真波形：

6.  系統總結

      本文先通(tong)過(guo)對拓撲方(fang)案(an)(an)選擇入手，然后(hou)對LLC驅動分析(xi)，進一步(bu)搭建LLC+INV逆(ni)變系(xi)統，通(tong)過(guo)仿真(zhen)驗(yan)證了(le)LLC升(sheng)壓逆(ni)變的(de)(de)方(fang)案(an)(an)的(de)(de)可行性；緊接著分析(xi)搭建PFC+LLC的(de)(de)電池充電方(fang)案(an)(an)，通(tong)過(guo)仿真(zhen)驗(yan)證了(le)PFC+LLC降壓對電池充電的(de)(de)可行性，綜合兩個實驗(yan)的(de)(de)分析(xi)結(jie)果，可以得到(dao)上述(shu)提(ti)出的(de)(de)600W雙向便攜電源模塊的(de)(de)方(fang)案(an)(an)的(de)(de)可執(zhi)行性；

      后續優化(hua)，可以(yi)將上述的(de)仿真使(shi)用C語言編寫(xie)，搭建完整的(de)雙向(xiang)充(chong)(chong)放(fang)電(dian)(dian)(dian)系統，實現(xian)模塊充(chong)(chong)放(fang)電(dian)(dian)(dian)的(de)隨意調度。同時可以(yi)優化(hua)LLC控制方案策略，比(bi)如充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)時動態調整PFC的(de)輸出電(dian)(dian)(dian)壓，盡可能使(shi)得(de)LLC工作在諧振頻(pin)率(lv)附(fu)近(jin)從(cong)而提高電(dian)(dian)(dian)池充(chong)(chong)電(dian)(dian)(dian)轉換(huan)效率(lv)；放(fang)電(dian)(dian)(dian)時LLC采(cai)用輕載閉環(huan)，重載開環(huan)的(de)控制策略，提高電(dian)(dian)(dian)池放(fang)電(dian)(dian)(dian)的(de)轉換(huan)效率(lv)。