功率硬件定制 | 三有源全桥双向DC-DC变流模块

PART01

性能参数

参数表

PART02

产品拓扑

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或双输入单输出工况，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。

PART03

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。

PART04

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。

PART05

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；

PART06

人机界面

PART07

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。

PART08

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。

PART09

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。