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電力電子功率硬件模組 ——YXPHM-LLCb串聯(lián)諧振DCDC變換模塊

LLC串聯(lián)諧振變換模塊（LLC resonant converter）是一種高效的電力電子轉(zhuǎn)換器，具有很高的轉(zhuǎn)換效率，LLC變換器采用了電感、電容、電阻等串聯(lián)諧振電路，極大地減少了開關(guān)管的開關(guān)損耗，使得功率器件的損耗大大降低，能夠?qū)⑤斎腚娫吹哪芰哭D(zhuǎn)換為輸出功率的損耗大大減少，從而實(shí)現(xiàn)了高效率轉(zhuǎn)換。此外，LLC諧振變換器的功率密度也相對(duì)較高，占用板子的空間相對(duì)較小。

關(guān)鍵詞：

dcdc

電路

功率

采集

控制器

模塊

硬件

單元

電流

控制

功率硬件模塊

變流模塊

LLC串聯(lián)諧振

所屬分類：

YXPHM-功率硬件模組

串聯(lián)諧振DCDC變換模塊

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產(chǎn)品描述

一、YXPHM系列簡(jiǎn)介

目前市面上但很少提供從CPU控制器、傳感器都包含在一起的開放式結(jié)構(gòu)的功率硬件模組，用戶在實(shí)際應(yīng)用中，依然不得不投入很大的精力，選購(gòu)與評(píng)估相關(guān)的傳感器與設(shè)計(jì)相關(guān)硬件電路，在小批量應(yīng)用中，硬件成本居高不下。

YXPHM系列采用基于模型設(shè)計(jì)的理念，脫胎于研旭成熟產(chǎn)品光伏并網(wǎng)逆變器與風(fēng)機(jī)變流器等成熟產(chǎn)品，又結(jié)合了研旭多年的模塊化組件與開放式平臺(tái)研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)電路、傳感器電路、信號(hào)處理電路進(jìn)一步集成，同時(shí)提供實(shí)際控制器接口、快速原型控制器結(jié)構(gòu)與實(shí)際控制器模塊，為用戶提供性價(jià)比更好的模塊化產(chǎn)品。

二、YXPHM-LLCb-S功率硬件

圖2為YXPHM-LLCb-S的主電路拓?fù)涫疽鈭D：

圖2 YXPHM-LLCb-S主電路拓?fù)涫疽?/font>

上圖顯示主電路拓?fù)錇閮呻娖饺珮蚣軜?gòu)，功率開關(guān)器件采用SiC MOSFET。表1為其主要參數(shù)。

主控CPU采用目前流行的DSP，型號(hào)為TI公司的TMS320F28335，其32位浮點(diǎn)處理能力，非常適用于變流器控制場(chǎng)合。通過傳感器分別采集輸入輸出側(cè)電壓、電流以及溫度等信息送給DSP，然后DSP經(jīng)過特定的算法，通過控制兩個(gè)橋臂電壓之間的移相角可以實(shí)現(xiàn)能量雙向流動(dòng)。除此之外，信號(hào)處理電路還預(yù)留了外部控制器接口，方便對(duì)接RCP控制器，如DSPACE、RT-LAB、SPEEDGOAT、PLEX、YXSPACE等。

圖3為實(shí)物圖片，采用亞克力材料封裝。尺寸為：420*327*216mm

（長(zhǎng)寬高），可以平放在桌子上面，故稱作桌面型功率模塊。

圖3 YXPHM-LLCb實(shí)物圖

功率模塊硬件板卡方面主要由主控單元、采集調(diào)理單元、功率驅(qū)動(dòng)單元、接口單元和人機(jī)界面等組成。

三、YXPHM-LLCb-S組成

3.1 主控單元

DSP：TI公司TMS320F28335，32位浮點(diǎn)型，150MHz主頻。
電流采集：8通道，支持霍爾電流傳感器；
電壓采集：6通道，支持交流、直流電壓采集；
PWM：12通道；
RS485：1通道，支持MODBUS通信協(xié)議；
CAN：1通道；
過流保護(hù)電路：1組；
過壓保護(hù)電路：1組；
繼電器：3個(gè)，用于控制功率級(jí)別接觸器等；
外擴(kuò)模擬接口：1個(gè)，用于與RCP控制器連接；
外擴(kuò)數(shù)字接口：1個(gè)，用于與RCP控制器連接；
LCD：1個(gè)7寸工業(yè)觸摸屏，用于查看運(yùn)行信息；

3.2 采集調(diào)理單元

電流采集：8通道，用電流霍爾傳感器，其輸出為電流型，經(jīng)過調(diào)理電路增大或者跟隨進(jìn)入ADC單元；
電壓采集：6通道，采用差分電路形式采集，交流、直流電壓均可進(jìn)行調(diào)理采集；
溫度采集：外接NTC-10K電阻，時(shí)刻監(jiān)測(cè)功率器件的工作溫度。

3.3 功率單元

SiC MOSFET：40mΩ/1200v，安森美NTH4L040N120SC1-D；或者18mΩ/1200v，羅姆SCT4018KRC
母線電容：輸入電容150uF/800v，輸出電容340uF/900v；
直流電流采集采用托肯公司閉環(huán)霍爾電流傳感器TBC100BS,根據(jù)功率等級(jí)選擇相應(yīng)傳感器，電感電流采集采用向上電子OPCT10AL電流互感器。
散熱器：采用紫銅散熱器,散熱好溫度低，標(biāo)配風(fēng)機(jī)加強(qiáng)散熱；
高頻變壓器變比：1：1（默認(rèn)，可定制更改）

3.4 接口單元

圖5 模塊接口單元實(shí)物示意圖

YXPHM-LLCb-S共有3類接口，分別為輔助220V供電端子，輸入側(cè)端子，輸出側(cè)端子。

輔助220V端子用于為模塊內(nèi)部控制器電路供電；

輸入/輸出側(cè)端子為直流母線/負(fù)載端子正負(fù)極；

3.5 人機(jī)界面

圖6 LLC人機(jī)界面示意圖

YXPHM-LLCb模塊具備7寸觸控液晶屏，人機(jī)界面與變流模塊通訊交互，可觀測(cè)變流器實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并設(shè)定控制模式、電流電壓值等。

四、PRCP系統(tǒng)—PHM模塊+RCP控制器

當(dāng)前，YXSPACE系列快速原型控制器備受大家關(guān)注，由于其支持模型下載功能，非?？旖荨⒎奖愕尿?yàn)證控制算法。因此為了提高功率模塊的使用場(chǎng)合，特將功率模塊的模擬采集部分以及數(shù)字控制部分通過DB25接口外擴(kuò)出來，直接與RCP控制器對(duì)接，便于RCP直接控制。

圖7 YXPHM-LLCb與SP2000控制器實(shí)物圖

圖8 YXPHM-LLCb與SP6000仿真機(jī)實(shí)物圖

五、常見控制策略

（1）頻率控制

六、YXPHM-LLCb功率模塊開放性

研旭研發(fā)的YXPHM系列產(chǎn)品最大的特點(diǎn)就是開放性，目的是全面支撐用戶二次開發(fā)。所能提供的資料為：

所有硬件圖紙，包含原理圖和PCB圖（PDF格式）；
內(nèi)部布線圖；
DSP運(yùn)行源代碼，包含但不限于程序主框架、硬件驅(qū)動(dòng)功能、硬件配置功能、通訊功能、保護(hù)功能、編碼器功能、采樣功能、濾波函數(shù)、控制算法等（選配）；
設(shè)備操作說明書；
硬件開發(fā)設(shè)計(jì)說明；
軟件開發(fā)設(shè)計(jì)說明（需選配軟件資源開放）；

用戶獲取以上資料后，可以從硬件、軟件兩個(gè)方面進(jìn)行深度研究，硬件方面可以了解這類變流器的設(shè)計(jì)思路，以及一些特定成熟的電路。軟件方面不僅可以從編程技巧等基礎(chǔ)方面獲取經(jīng)驗(yàn)，而且更可以從探究、驗(yàn)證自己的控制算法等理論方面獲得成果。