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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
电路
功率
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模块
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电流
控制
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
串联谐振DCDC变换模块
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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
图2为YXPHM-LLCb-S的主电路拓扑示意图：
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DSPACE、RT-LAB、SPEEDGOAT、PLEX、YXSPACE等。
图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。
图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
- 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：6通道，支持交流、直流电压采集；
- PWM：12通道；
- RS485：1通道，支持MODBUS通信协议；
- CAN：1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；
- LCD：1个7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 MOSFET：40mΩ/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：1：1（默认，可定制更改）
3.4 接口单元
图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
图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。
图7 YXPHM-LLCb与SP2000控制器实物图
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。
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