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三有源全桥双向DC-DC变流模块(TAB)
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三有源全桥双向DC-DC变流模块(TAB)

功率硬件定制 | 三有源全桥双向DC-DC变流模块(TAB)
产品编号
产品描述

样机外观

 

 

性能参数

 

参数表

·最大功率:3KW

·A端电压:400V

·B端电压:200V

·C端电压:120V

·高压侧最大电流:20A

·额定输出功率:2KW

·最大效率:>94%

·直流稳压精度:1%

·直流稳流精度:1%

·冷却:风冷

·保护功能:直/交流过压及欠压保护、极性反接保护、短路保护、过热保护、过载保护以及报警功能等

 

 

三有源全桥双向(Three Active Bridge ,TAB)DC-DC变换器由3个H桥模块通过三绕组变压器连接构成,各端口均为双向端口,可以实现单输入双输出货双输入单输出工况,TAB变换器采用移相控制。与其他变流器相比 ,该变流器具有输入电流纹波低、电气隔离、软开关、开关器件应力低, 控制简单等优点。主要建立平均状态空间数学模型 ,并在此基础上推导出小信号状态方程 , 进行双闭环控制系统的设计和优化。

 

 

主控制器

 

 

  • CPU:TMS320F28335(DSP),主频150M;
  • 板载DSP仿真器,可直接下载仿真;
  • 电源:+24V 3A输入;
  • 通讯端口:1路隔离485,1路隔离CAN,1路10/100M网口;
  • 数字输出:4路DO,12路PWM,5V TTL电平输出;
  • 数字输入:5路DI,包含1路TZ信号,5V输入;
  • 模拟输入:16路AD输入,12位精度,±3V输入;
  • 编码器:1路eQEP接口,单端5V输入;
  • 指示灯:1个5V电源指示灯。

 

接口电路

 

 

  • 24V电源接口:用于为板卡供电,外部输入24V;
  • 液晶屏接口:用于连接液晶屏的RJ45接口,主要为液晶供电以及通信的RS485;
  • RCP接口使能拨码开关:若使用外部RCP控制器,那么此拨码开关需要拨到ON位置;
  • RCP  PWM接口:若使用外部RCP控制器,那么需要将此接口与IPM电源板连接;
  • PWM接口:内部DSP控制器PWM输出接口,若使用内部DSP控制器,需要将此接口与IPM电源板连接;
  • 继电器接口:用于控制功率电路的继电器;
  • 电压采集接口:连接需要被测的直流电压或者交流电压;
  • 电流传感器接口:用于连接被测电流的传感器接口;
  • PT100接口:连接PT100温度传感器;
  • RCP外扩接口:与外部的RCP控制器连接;此部分有两种接口,左侧接口为PWM接口,右侧接口为ADC接口。连接时需要注意底板丝印字的提示。

 

功率硬件

 

  • 三绕组变压器:变比为26:15:9;
  • 三端口:从上到下分别为400V端口,200V端口,120V端口;
  • 端口电容:两个1000uf/315V电解电容串联组成,并联一个110uf/550V薄膜电容;
  • H桥:3组全桥模块,采用IXYS Corporation公司的MOSFET管IXFH46N65X2,电流为46A,直流侧电压等级为650V;
  • 滤波电感:从上到下感值分别为8uH,4uH,3uH;

 

 

人机界面

 

 

软件框架

 

软件部分主要分成驱动层和应用层两个部分,软件框架主要包括while死循环以及PWM周期中断。其中死循环中主要实现实时性要求不高的处理,而PWM周期中断主要实现对实时性要求高的处理。

 

下图为主要框架流程图:左侧为死循环,右侧为PWM周期中断。

 

 

控制策略

 

三有源桥变流器的控制策略图

 

如图所示,其中有两个电流PID环和一个电压PI环。该控制策略用于调节输出电压和输入电流。图中为输出电压的参考值,经过PI调节器分别输出作为电流环的参考值,再由电流PID调节器分别产生移相角,实现对电流和输出电压的控制。

 

结论 

 

此次定制的三有源桥变流器具有电气隔离、双向能量流动、输入电流纹波小以及匹配不同电压等级的电源等优点。通过建立三有源桥变流器的平均状态空间数学模型,并在状态空间模型的基础上推导出小信号状态方程,通过双闭环控制系统验证了该变流器具有较好的动态响应性能。

 

关键词:
功率硬件
三有源全桥双向DC-DC变流模块(TAB)

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