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电力电子功率硬件模组 ——YXPHM-LLCb串联谐振DCDC变换模块

LLC串联谐振变换模块(LLC resonant converter)是一种高效的电力电子转换器,具有很高的转换效率,LLC变换器采用了电感、电容、电阻等串联谐振电路,极大地减少了开关管的开关损耗,使得功率器件的损耗大大降低,能够将输入电源的能量转换为输出功率的损耗大大减少,从而实现了高效率转换。此外,LLC谐振变换器的功率密度也相对较高,占用板子的空间相对较小。

关键词:

dcdc

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功率硬件模块

变流模块

LLC串联谐振

所属分类:

YXPHM-功率硬件模组


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产品描述

一、YXPHM系列简介

目前市面上但很少提供从CPU控制器、传感器都包含在一起的开放式结构的功率硬件模组,用户在实际应用中,依然不得不投入很大的精力,选购与评估相关的传感器与设计相关硬件电路,在小批量应用中,硬件成本居高不下。

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。

LLC串联谐振变换模块LLC resonant converter)是一种高效的电力电子转换器,具有很高的转换效率,LLC变换器采用了电感、电容、电阻等串联谐振电路,极大地减少了开关管的开关损耗,使得功率器件的损耗大大降低,能够将输入电源的能量转换为输出功率的损耗大大减少,从而实现了高效率转换。此外,LLC谐振变换器的功率密度也相对较高,占用板子的空间相对较小。

二、YXPHM-LLCb-S功率硬件

2为YXPHM-LLCb-S的主电路拓扑示意图:

2 YXPHM-LLCb-S主电路拓扑示意

上图显示主电路拓扑为两电平全桥架构,功率开关器件采用SiC MOSFET。表1为其主要参数。

主控CPU采用目前流行的DSP,型号为TI公司的TMS320F28335,其32位浮点处理能力,非常适用于变流器控制场合。通过传感器分别采集输入输出侧电压、电流以及温度等信息送给DSP,然后DSP经过特定的算法,通过控制两个桥臂电压之间的移相角可以实现能量双向流动。除此之外,信号处理电路还预留了外部控制器接口,方便对接RCP控制器,如DSPACERT-LABSPEEDGOATPLEXYXSPACE等。

3为实物图片,采用亚克力材料封装。尺寸为:420*327*216mm

(长宽高),可以平放在桌子上面,故称作桌面型功率模块。

3  YXPHM-LLCb实物图

功率模块硬件板卡方面主要由主控单元、采集调理单元、功率驱动单元、接口单元和人机界面等组成。

三、YXPHM-LLCb-S组成

3.1 主控单元

  • DSPTI公司TMS320F2833532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:6通道,支持交流、直流电压采集;
  • PWM12通道;
  • RS4851通道,支持MODBUS通信协议;
  • CAN1通道;
  • 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;
  • LCD17寸工业触摸屏,用于查看运行信息;

3.2 采集调理单元

  • 电流采集:8通道,用电流霍尔传感器,其输出为电流型,经过调理电路增大或者跟随进入ADC单元;
  • 电压采集:6通道,采用差分电路形式采集,交流、直流电压均可进行调理采集;
  • 温度采集:外接NTC-10K电阻,时刻监测功率器件的工作温度。

3.3 功率单元

  • SiC MOSFET40mΩ/1200v,安森美NTH4L040N120SC1-D;或者18mΩ/1200v,罗姆SCT4018KRC
  • 母线电容:输入电容150uF/800v,输出电容340uF/900v
  • 直流电流采集采用托肯公司闭环霍尔电流传感器TBC100BS,根据功率等级选择相应传感器,电感电流采集采用向上电子OPCT10AL电流互感器。
  • 散热器:采用紫铜散热器,散热好温度低,标配风机加强散热;
  • 高频变压器变比:11(默认,可定制更改)

3.4 接口单元

  

5 模块接口单元实物示意图

YXPHM-LLCb-S共有3类接口,分别为辅助220V供电端子,输入侧端子,输出侧端子。

辅助220V端子用于为模块内部控制器电路供电;

输入/输出侧端子为直流母线/负载端子正负极;

3.5 人机界面

6 LLC人机界面示意图

YXPHM-LLCb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。

 7 YXPHM-LLCb与SP2000控制器实物图

8 YXPHM-LLCb与SP6000仿真机实物图

五、常见控制策略

1频率控制

六、YXPHM-LLCb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。