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电力电子功率硬件模组—YXPHM-DAB10b 双有源全桥双向变流模块
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电力电子功率硬件模组—YXPHM-DAB10b 双有源全桥双向变流模块

YXPHM系列采用基于模型设计的理念,脱胎于研旭成熟产品光伏并网逆变器与风机变流器等成熟产品,又结合了研旭多年的模块化组件与开放式平台研发经验,对该拓扑结构与驱动电路、传感器电路、信号处理电路进一步集成,同时提供实际控制器接口、快速原型控制器结构与实际控制器模块,为用户提供性价比更好的模块化产品。
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产品描述

一、YXPHM系列功率模块简介

 

南京研旭公司最新研发推出了YXPHM系列工业级电力电子功率模块,YXPHM系列模块是面向高校实验室、科研院所以及成品电力电子制造厂商的系列功率拓扑模块。具备稳定的可靠性和良好的扩展性,种类丰富,囊括了现今主流的电力电子拓扑结构。外壳采用透明的亚克力板材,美观实用,用户可以方便观察内部的硬件结构,简洁的输入输出设计,减去用户对模块中间环节的困扰,让用户更专注的投入到核心研发中。

 

YXPHM系列采用基于模型设计的理念,脱胎于研旭成熟产品光伏并网逆变器与风机变流器等成熟产品,又结合了研旭多年的模块化组件与开放式平台研发经验,对该拓扑结构与驱动电路、传感器电路、信号处理电路进一步集成,同时提供实际控制器接口、快速原型控制器结构与实际控制器模块,为用户提供性价比更好的模块化产品。

 

 

二、YXPHM-DAB05b-I 双有源全桥双向模块

 

双向DC-DC变换器(DAB)可以双象限运行,其输入、输出电压极性不变,而输入、输出电流的方向可改变。由于其在功能上相当于两个单向DC-DC变换器,具有总器件数目少、体积重量小、效率高和能够更快速性地进行两个方向功率流向转换等优点。

 

隔离型双向DC-DC变换器在输入、输出侧之间有高频变压器,能够实现良好的电气隔离,通过合适的变压器变比设计可匹配不同的电压等级,拓宽了升、降压范围。

 

 

图1 YXPHM-DAB10b 主电路拓扑示意

 

上图1主电路拓扑为电路拓扑架构,功率开关器件默认采用英飞凌公司IGBT功率模块,也可定制采用碳化硅SIC模块。表1为其主要参数。

 

表1  YXPHM-DAB10b主要参数表

 

 

三、YXPHM-DAB10b-I功率模块组成

 

图2 YXPHM-DAB10b功率模块实物图

 

图2为YXPHM-DAB10b功率模块的实物图,由主控单元、采集调理单元、功率单元(包含功率模块、散热、变压器、滤波等)、接口单元和人机界面等组成。

 

3.1 主控单元

  • DSP:TI公司TMS320F28335,32位浮点型,150MHz主频。
  • 电流采集:8通道,支持霍尔电流传感器;
  • 电压采集:8通道,支持交流、直流电压采集;
  • PWM:12通道,最多可以控制两组三相两电平全桥;
  • RS485:2通道,支持MODBUS通信协议;
  • LAN:1路100M网口,用于调试输入输出信息;
  • 过流保护电路:1组;
  • 过压保护电路:1组;
  • 继电器:3个,用于控制功率级别接触器等;
  • 外扩模拟接口:1个,用于与RCP控制器连接;
  • 外扩数字接口:1个,用于与RCP控制器连接;

 

3.2 采集调理单元

  • 电流采集: 6通道,支持霍尔电流传感器电压或者电流输入,经过调理电路进入ADC单元;
  • 电压采集: 6通道,采用运放构成的差分放大电路,经过调理电路进入ADC单元;
  • 温度采集: NTC10K热敏电阻,主要监测散热器温度。

 

3.3 功率单元

图3 DAB模块功率单元实物示意图

  • IGBT模块:选用英飞凌公司半桥功率模块FF200R12KT4,可以根据功率等级进行选择更大电流相同封装的模块,输入侧母线电压最高不超过800VDC,输出侧母线电压最高不超过850VDC;
  • 母线电容:输入端2只400V2200uF电解电容串联,2只850V1uF、1只900V15uF薄膜电容并联,输出端2只450V1800uF电解电容串联,2只850V1uF、1只900V15uF薄膜电容并联;
  • 直流电流采集采用闭环霍尔电流传感器TBC100BS,根据功率等级选择相应传感器,电感电流采集采用电流互感器。
  • 散热器:140*170*70mm(W*L*H),标配2只0824风机加强散热;

 

3.4 接口单元

 

图4 DAB模块接口单元实物示意图

 

  • YXPHM-DAB10b共有3类接口,分别为辅助220V供电端子,直流输入侧端子,直流输出侧端子。
  • 辅助220V端子用于内部24V开关电源供电;
  • 直流输入侧端子为直流母线端子正负极;
  • 直流输出侧端子为直流母线端子正负极;

 

3.5 人机界面

 

 

图5 DAB人机界面示意图

 

YXPHM-DAB10模块具备7寸触控液晶屏,人机界面与变流模块通讯交互,可观测变流器实时数据,并设定控制模式、电流电压值等。

 

四、PRCP系统—PHM模块+RCP控制器

 

当前,YXSPACE系列快速原型控制器备受大家关注,由于其支持模型下载功能,非常快捷、方便的验证控制算法。因此为了提高功率模块的使用场合,特将功率模块的模拟采集部分以及数字控制部分通过DB25接口外扩出来,直接与RCP控制器对接,便于RCP直接控制。

 

图5 YXPHM-DAB10b与SP2000控制器实物图

 

图6 YXPHM-DAB10b与SP6000仿真机实物图

 

五、常见控制策略

 

(1)传统的单移相控制

(2)拓展移相位控制

 

六、YXPHM-DAB10b功率模块开放性

 

研旭研发的YXPHM系列产品最大的特点就是开放性,目的是全面支撑用户二次开发。所能提供的资料为:

  • 所有硬件图纸,包含原理图和PCB图(PDF格式);
  • 内部布线图;
  • DSP运行源代码,包含但不限于程序主框架、硬件驱动功能、硬件配置功能、通讯功能、保护功能、编码器功能、采样功能、滤波函数、控制算法等(选配);
  • 设备操作说明书;
  • 硬件开发设计说明;
  • 软件开发设计说明(需选配软件资源开放);

用户获取以上资料后,可以从硬件、软件两个方面进行深度研究,硬件方面可以了解这类变流器的设计思路,以及一些特定成熟的电路。软件方面不仅可以从编程技巧等基础方面获取经验,而且更可以从探究、验证自己的控制算法等理论方面获得成果。

 

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