1. ?設(shè)計(jì)需求分析
->?功率等級：2.4kW，適用于配套1~2度電的便攜儲(chǔ)能系統(tǒng)。
->?輸入電壓范圍：16串的磷酸鐵鋰電池，電池范圍44.8V~57.6V。
->?輸出電壓：單相220V AC，頻率50Hz。
->?離網(wǎng)網(wǎng)要求：具備低諧波失真（THD<5%）。
->?可AC充電：具備高PF（>99%）,低諧波（THDi<5%）。
2. ?拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇
移相全橋+逆變器全橋：移相全橋能夠有比較寬的電壓增益調(diào)整率，可以實(shí)現(xiàn)輸入電池全范圍電壓的雙向充放電，為了更好的開關(guān)特性在移相全橋高壓側(cè)加入了諧振電感跟電容；逆變器全橋在電池放電輸出時(shí)能夠逆變輸出離網(wǎng)交流電，在電池充電時(shí)又能實(shí)現(xiàn)PFC整流；因此選擇移相全橋+逆變器全橋的拓?fù)浼軜?gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)雙向逆變整流的功能。
3. ?控制策略
- PSFB驅(qū)動(dòng)：采用移相全橋驅(qū)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)DC輸入側(cè)的寬范圍全電壓工作。
- PWM調(diào)制：采用正弦脈寬調(diào)制（SPWM）生成高質(zhì)量的正弦波。
- 逆變雙環(huán)控制：采用電流內(nèi)環(huán)和電壓外環(huán)的雙閉環(huán)控制策略，實(shí)現(xiàn)精確的功率輸出。
- PFC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%。
- DC雙環(huán)競爭控制：電池電壓和電流環(huán)競爭控制，確保電池充電安全可靠。
4. ?放電控制實(shí)現(xiàn)
A ->PSFB閉環(huán)實(shí)現(xiàn)
移相全橋由4個(gè)開關(guān)管（Q1-Q4）組成H橋，搭配高頻變壓器、輸出整流電路（如全波整流或同步整流）和LC濾波電路。Q1 & Q2（超前臂）為一組，Q3 & Q4（滯后臂）為另一組。兩組開關(guān)管以50%占空比互補(bǔ)導(dǎo)通，通過移相控制調(diào)節(jié)兩組之間的相位差（φ）,改變加在變壓器兩邊的電平占空比，實(shí)現(xiàn)了輸出電壓的可控調(diào)整。
--->搭建PSFB驅(qū)動(dòng)如下：
注-->fs為驅(qū)動(dòng)頻率；θ為移相角度；Dt為橋臂上下管驅(qū)動(dòng)死區(qū)；En為驅(qū)動(dòng)模塊使能控制； F1、F2為超橋臂上下管驅(qū)動(dòng)；B1、B2為滯后臂上下管驅(qū)動(dòng)；
--->驅(qū)動(dòng)模塊測試：
通過給定移相角度為0、30°、90°，測試超前臂和滯后臂的移相控制；
--->搭建PSFB閉環(huán)升壓控制：
控制框架如下：使用PI控制器，將母線電壓環(huán)輸出轉(zhuǎn)換成移相全橋控制的移相角度，實(shí)現(xiàn)母線電壓穩(wěn)定控制到350V；
PSFB閉環(huán)系統(tǒng)如下：
仿真結(jié)果如下：
B->逆變離網(wǎng)實(shí)現(xiàn)
逆變控制框架如下：通過PI控制將逆變電壓外環(huán)輸出轉(zhuǎn)化為內(nèi)環(huán)電流給定，內(nèi)環(huán)電流環(huán)在進(jìn)行PI控制，將輸出轉(zhuǎn)為PWM調(diào)制信號，控制PWM；
逆變閉環(huán)系統(tǒng)如下：
仿真結(jié)果如下：
C ->PSFB+INV實(shí)現(xiàn)
上面A、B分別已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了PSFB閉環(huán)和逆變閉環(huán)控制，將PSFB系統(tǒng)的高壓輸出，接到逆變的DC輸入，即可實(shí)現(xiàn)PSFB+INV的閉環(huán)控制系統(tǒng)；
仿真結(jié)果如下：
5. 充電控制實(shí)現(xiàn)
A->PFC整流控制
算法流程圖如下：
使用PSIM仿真軟件搭建PFC整流控制如下：
仿真波形如下：
B->PSFB控制電池充電實(shí)現(xiàn)
為了保證電池充電安全，采用了電壓和電流雙環(huán)競爭的控制策略，控制框架如下：
使用PSIM仿真軟件搭建電池雙環(huán)控制系統(tǒng)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。
C ->PFC+PSFB實(shí)現(xiàn)
上面A、B分別已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了PFC閉環(huán)和PSFB閉環(huán)控制，將PFC系統(tǒng)的DC輸出，接到PSFB的高壓輸入，即可實(shí)現(xiàn)PFC+PSFB的閉環(huán)控制系統(tǒng)；
仿真波形：
6. 系統(tǒng)總結(jié)
上述通過對PSFB驅(qū)動(dòng)開始分析，進(jìn)一步搭建PSFB+INV逆變系統(tǒng)，通過仿真驗(yàn)證了PSFB升壓逆變的方案的可行性；緊接著分析搭建PFC+PSFB的電池充電方案，并通過仿真驗(yàn)證了PFC+PSFB降壓對電池充電的可行性，綜合兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的分析結(jié)果，可以得到上述提出的2.4KW雙向移相全橋電源模塊的可行性；
后續(xù)優(yōu)化，可以將上述的仿真使用C語言編寫，搭建完整的雙向充放電系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)模塊充放電的隨意調(diào)度。同時(shí)可以在PSFB充電中嘗試加入PR諧振算法優(yōu)化電池充電電流紋波；INV逆變控制也可以嘗試用DQ控制算法優(yōu)化逆變輸出性能；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；