1. ?設計需求分析

->?功率等級：20kW，適(shi)用(yong)于充(chong)電(dian)樁內部電(dian)源(yuan)模塊(kuai)。

->?輸入電壓：三(san)相230V AC，頻率50Hz。

->?輸出參數：電(dian)壓250~500V可調，電(dian)流0~40A可調。

->?PFC整流要求：具(ju)備高功率(lv)因素（PF>99%）。

->?低成本：開關管選用普通(tong)MOS管。

2. ?拓撲結構選擇

VIENNA_Ⅱ+對稱全橋LLC：常見的三相PFC拓撲有VIENNA_I和VIENNA_Ⅱ，VIENNA_I需要的開關管個數要比VIENNA_II多12個二極管，出于成本和拓撲的簡易特性，我們選用VIENNA_Ⅱ拓撲作為升壓升壓整流電路；   普通的MOS管額定電壓(ya)為650V，前(qian)級(ji)PFC整流(liu)輸(shu)出(chu)(chu)電壓(ya)高達800V，考(kao)慮到DC模塊(kuai)輸(shu)出(chu)(chu)電壓(ya)為500V40A，LLC選用上下母(mu)線對(dui)(dui)稱全(quan)橋LLC，LLC全(quan)橋管子承受電壓(ya)為母(mu)線總(zong)電壓(ya)的一半，同時對(dui)(dui)稱全(quan)橋LLC后級(ji)輸(shu)出(chu)(chu)并聯輸(shu)出(chu)(chu)能夠自動均(jun)衡前(qian)級(ji)正負母(mu)線電壓(ya)，無(wu)需前(qian)級(ji)PFC進(jin)行控制，簡化控制系統。

3. ?控制策略

• PWM調制：采用正弦脈寬調制（SPWM）生成高質量的正弦波。
• 鎖相環（PLL）：實現與電網的同步，確保輸出頻率和相位與電網一致。
• DQ控制：利用坐標變換，將三相交流量變換成DQ變量，實現有功無功的精準控制。
• LLC雙環競爭控制：電池電壓和電流環競爭控制，確保充電模塊輸出安全可靠。

4. ?PFC整流實現

A ->PFC拓撲選擇

             常見的三相PFC拓(tuo)撲有VIENNA_I和VIENNA_Ⅱ，考慮成本和拓(tuo)撲走線布局原(yuan)因選用VIENNA_Ⅱ，MOS管(guan)規格選用650V40mΩ，二極管(guan)規格選用600V60A。

B->PFC控制實現

       使(shi)用(yong)基于同步旋轉(zhuan)坐標系的(de)PLL（dq-PLL）對市電(dian)相(xiang)位進(jin)行跟蹤，實(shi)現市電(dian)相(xiang)位的(de)實(shi)時跟蹤確保(bao)整流(liu)高PF值。PFC控(kong)制(zhi)采用(yong)DQ坐標變換(huan)，將三(san)相(xiang)電(dian)壓電(dian)流(liu)交流(liu)量(liang)變換(huan)成DQ直流(liu)量(liang)，然后(hou)對DQ直流(liu)量(liang)進(jin)行PI控(kong)制(zhi)，最(zui)后(hou)將DQ控(kong)制(zhi)的(de)輸出進(jin)行逆變換(huan)，生成三(san)相(xiang)SPWM；

B1.基于同步旋轉坐標系的PLL（dq-PLL），算法流程圖如下：

dq-PLL算法如下：

使用PSIM仿(fang)真軟(ruan)件搭(da)建基于同(tong)步旋轉坐標系(xi)的(de)PLL如下：

仿真波形：

B2.PFC控制算法

PFC控(kong)制采(cai)用DQ坐標變換，將三相電(dian)(dian)壓電(dian)(dian)流交(jiao)流量變換成DQ直流量，然后對(dui)DQ直流量進(jin)行PI控(kong)制，最后將DQ控(kong)制的輸出(chu)進(jin)行逆變換，生成三相SPWM；

PFC閉環(huan)系統如下：

仿真結果如下：

5.  DCDC控制實現

A ->LLC拓撲選擇

輸(shu)出(chu)500V40A這個(ge)(ge)(ge)規格的(de)LLC，選用三(san)電平(ping)(ping)半橋(qiao)LLC單個(ge)(ge)(ge)管子無(wu)法(fa)做到這么大電流輸(shu)出(chu)，管子并(bing)(bing)聯或者兩路三(san)電平(ping)(ping)LLC半橋(qiao)，一個(ge)(ge)(ge)是(shi)成本問題，另一個(ge)(ge)(ge)是(shi)可(ke)靠性問題；綜(zong)合(he)考慮選擇(ze)了上下對稱的(de)全橋(qiao)LLC，上下母線分別接(jie)入(ru)全橋(qiao)LLC，后(hou)級(ji)(ji)LLC輸(shu)出(chu)并(bing)(bing)聯，每路全橋(qiao)LLC輸(shu)出(chu)功率為500V20A，同(tong)時(shi)由(you)于后(hou)級(ji)(ji)輸(shu)出(chu)并(bing)(bing)聯，還能自(zi)動(dong)平(ping)(ping)衡(heng)(heng)前級(ji)(ji)上下母線平(ping)(ping)衡(heng)(heng)，提高系統可(ke)靠性。

B->LLC控制策略

為了保證充(chong)電(dian)模塊輸出安全可靠，采(cai)用了電(dian)壓和電(dian)流雙環競爭的控(kong)制策略，控(kong)制框架(jia)如下(xia)：

使用PSIM仿(fang)真軟(ruan)件搭建LLC控制(zhi)系統如(ru)下如(ru)下：

仿真波形：設定繼電(dian)器0.5S切換(huan)負載，電(dian)流環(huan)(huan)跟電(dian)壓環(huan)(huan)之間切換(huan)順暢。

6.  充電模塊系統仿真

前面(mian)已經(jing)實現(xian)了PFC閉環系(xi)(xi)統(tong)(tong)和三電(dian)平(ping)LLC閉環系(xi)(xi)統(tong)(tong)，將(jiang)PFC系(xi)(xi)統(tong)(tong)的直(zhi)流輸出接到LLC的直(zhi)流輸入，整個充電(dian)模塊(kuai)系(xi)(xi)統(tong)(tong)功能即可實現(xian)；仿真系(xi)(xi)統(tong)(tong)如下(xia)：

仿真波形如下：

7.  系統總結

        上文通過對充電模塊需求分析，選擇了最適合的PFC和DCDC拓撲方案，通過仿真驗證了PFC閉環控制系統、對稱LLC閉環控制系統，最后將PFC和LLC結合搭建了充電模塊的系統仿真，并通過仿真波形驗證了該方案的可行性。