1. ?設(shè)計(jì)需求分析

->?功率等級(jí)：3.6V100A電源模塊主要用于鋰電池篩選化成柜。

->?DC參數(shù)：直流電壓2V~3.6V，直流電流0~100A可設(shè)置。

->?AC電壓范圍：單相交流90~264Vac。

->?安全隔離：使用變壓器高頻隔離，保證供電安全可靠。

2. ?拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)選擇（LLC同步整流+H4逆變整流）

       LLC同步整流通過?“諧振軟開關(guān)+低導(dǎo)通損耗”?的組合，實(shí)現(xiàn)了效率、功率密度和可靠性的協(xié)同突破，成為高端電源設(shè)計(jì)的首選方案。盡管其控制復(fù)雜度和成本較高，但在對(duì)性能要求嚴(yán)苛的領(lǐng)域（如數(shù)據(jù)中心、快充、新能源）中，其技術(shù)優(yōu)勢(shì)帶來的長(zhǎng)期收益遠(yuǎn)超初期投入。隨著寬禁帶器件和數(shù)字控制的普及，LLC+SR的性能邊界將持續(xù)拓展。

       H4橋的最大優(yōu)勢(shì)在于其集成的雙向功率流能力、高效率和卓越的控制性能?（低諧波、高功率因數(shù)、電壓調(diào)節(jié)精確、動(dòng)態(tài)響應(yīng)好）。盡管成本和復(fù)雜性是其缺點(diǎn)，但它在需要高性能、高效率、特別是能量回饋能力的場(chǎng)合（如變速電機(jī)驅(qū)動(dòng)、并網(wǎng)能源系統(tǒng)）中是不可替代的主流解決方案。在整流應(yīng)用中的主動(dòng)諧波抑制和功率因數(shù)校正能力使其成為滿足現(xiàn)代電能質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的理想選擇。

3. ?控制策略

• LLC同步整流：LLC諧振拓?fù)涞墓逃刑匦允钩跫?jí)側(cè)開關(guān)管實(shí)現(xiàn)ZVS、次級(jí)側(cè)整流管實(shí)現(xiàn)ZCS，同步整流管（如MOSFET）的體二極管導(dǎo)通損耗和反向恢復(fù)損耗幾乎被消除，效率可達(dá)96%-99%（傳統(tǒng)二極管整流效率通常≤94%）。
• LLC雙環(huán)競(jìng)爭(zhēng)控制：直流輸出電壓和電流環(huán)競(jìng)爭(zhēng)控制，確保輸出帶載安全可靠。
• PWM調(diào)制：采用正弦脈寬調(diào)制（SPWM）生成高質(zhì)量的正弦波。
• 鎖相環(huán)（PLL）：實(shí)現(xiàn)與電網(wǎng)的同步，確保輸出頻率和相位與電網(wǎng)一致。
• 電流控制：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。

 4. ?電源模塊放電實(shí)現(xiàn)

4.1 ->DCDC拓?fù)浣榻B

     DCDC拓?fù)溥x擇了低壓并聯(lián)高壓串聯(lián)LLC，電壓側(cè)低電壓大電流，單管散熱難處理，并管均流問題導(dǎo)致系統(tǒng)穩(wěn)定性下降；選用電壓側(cè)兩路LLC并聯(lián)，高壓串聯(lián)方案，優(yōu)勢(shì)在于由于高壓側(cè)是串聯(lián)的，低壓側(cè)兩路LLC必然均流（變壓器低壓側(cè)電流是高壓側(cè)的N倍，N為變壓器變比，只要保證兩路LLC變壓器變比一致即可保證均流）；另外將原本一個(gè)變壓器拆分成兩個(gè)變壓器可以壓縮布局空間，提高功率密度，如果變壓器工藝能保證有比較好的一致性，可以利用變壓高壓側(cè)的漏感作為諧振電感，省去外部諧振電感；

4.2 ->DCDC升壓控制

      由于諧振電感和諧振電容都是在高壓端，LLC雙向橋從低壓側(cè)看進(jìn)去其實(shí)退變成了LC，最大頻率增益在LC諧振頻率的時(shí)候達(dá)到最大值；通過固定開關(guān)頻率為諧振頻率，然后改變驅(qū)動(dòng)信號(hào)的占空比來調(diào)整輸出電壓；為了方便實(shí)現(xiàn)控制直接使用LLC驅(qū)動(dòng)模塊，通過固定驅(qū)動(dòng)頻率，修改驅(qū)動(dòng)模塊的Dt輸入，即可實(shí)現(xiàn)占空比的變化；

搭建閉環(huán)系統(tǒng)如下：

仿真波形如下：

 4.3->逆變并網(wǎng)控制

     控制框架如下：使用SOGI鎖相控制器輸出市電角度，然后通過給定并網(wǎng)電流，通過PI控制器輸出轉(zhuǎn)化成SPWM，驅(qū)動(dòng)H4橋?qū)崿F(xiàn)逆變并網(wǎng)。

搭建閉環(huán)系統(tǒng)如下：

仿真波形如下：

 4.4->放電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

     前面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了LLC升壓和逆變并網(wǎng)，如何將LLC系統(tǒng)和逆變系統(tǒng)串聯(lián)起來呢？對(duì)系統(tǒng)功能進(jìn)行分析，放電系統(tǒng)目的是要對(duì)電池電流進(jìn)行控制監(jiān)控，為了控制電池的放電電流，就必須將電池電流引入到控制環(huán)路，控制環(huán)路如下：

搭建閉環(huán)系統(tǒng)如下：

仿真波形如下：

5.  電源模塊充電實(shí)現(xiàn)

5.1->H4橋整流升壓

控制框架如下：使用SOGI鎖相控制器輸出市電角度，然后母線電壓外環(huán)交流電流內(nèi)環(huán)，通過PI控制器輸出轉(zhuǎn)化成SPWM，驅(qū)動(dòng)H4橋?qū)崿F(xiàn)整流升壓。

搭建閉環(huán)系統(tǒng)如下：

仿真波形如下：

5.2->LLC輸出控制

在LLC諧振變換器中引入電壓環(huán)與電流環(huán)的競(jìng)爭(zhēng)控制?（也稱為雙環(huán)切換控制或混合控制），能夠兼顧動(dòng)態(tài)響應(yīng)與穩(wěn)定性，尤其適用于寬負(fù)載范圍或快速瞬態(tài)響應(yīng)的場(chǎng)景。通過競(jìng)爭(zhēng)控制，LLC變換器在動(dòng)態(tài)與穩(wěn)態(tài)性能間取得平衡，控制框架如下：

 結(jié)合LLC同步整流和LLC雙環(huán)競(jìng)爭(zhēng)控制搭建閉環(huán)仿真系統(tǒng)如下：

 仿真波形：

5.3->充電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

前面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了H4整流升壓和LLC同步整流控制，只要將整流升壓的DC輸出接到LLC同步整流控制的高壓輸入，即可實(shí)現(xiàn)整個(gè)電源系統(tǒng)的閉環(huán)充電功能。

搭建閉環(huán)系統(tǒng)如下：

仿真波形：

 6. 系統(tǒng)總結(jié)

        本文先從3.6V100A電池成化模塊拓?fù)溥x擇講起，首先對(duì)電源模塊放電功能分析，進(jìn)而搭建LLC閉環(huán)升壓、逆變并網(wǎng)閉環(huán)以及結(jié)合LLC+逆變的電源系統(tǒng)放電仿真；然后對(duì)電源模塊充電功能分析，進(jìn)而搭建H4整流升壓、LLC雙環(huán)競(jìng)爭(zhēng)以及結(jié)合整流升壓+LLC同步整流的電源系統(tǒng)充電仿真；從理論上驗(yàn)證了方案拓?fù)溥x擇的可行性。