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電力電子功率硬件模組 ——YXPHM-LLCb串聯諧振DCDC變換模塊
LLC串聯諧振變換模塊（LLC resonant converter）是一種高效的電力電子轉換器，具有很高的轉換效率，LLC變換器采用了電感、電容、電阻等串聯諧振電路，極大地減少了開關管的開關損耗，使得功率器件的損耗大大降低，能夠將輸入電源的能量轉換為輸出功率的損耗大大減少，從而實現了高效率轉換。此外，LLC諧振變換器的功率密度也相對較高，占用板子的空間相對較小。
關鍵詞：
dcdc
電路
功率
采集
控制器
模塊
硬件
單元
電流
控制
功率硬件模塊
變流模塊
LLC串聯諧振
所屬分類：
YXPHM-功率硬件模組
串聯諧振DCDC變換模塊
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產品描述
一、YXPHM系列簡介
目前市面上但很少提供從CPU控制器、傳感器都包含在一起的開放式結構的功率硬件模組，用戶在實際應用中，依然不得不投入很大的精力，選購與評估相關的傳感器與設計相關硬件電路，在小批量應用中，硬件成本居高不下。
YXPHM系列采用基于模型設計的理念，脫胎于研旭成熟產品光伏并網逆變器與風機變流器等成熟產品，又結合了研旭多年的模塊化組件與開放式平臺研發經驗，對該拓撲結構與驅動電路、傳感器電路、信號處理電路進一步集成，同時提供實際控制器接口、快速原型控制器結構與實際控制器模塊，為用戶提供性價比更好的模塊化產品。
LLC串聯諧振變換模塊（LLC resonant converter）是一種高效的電力電子轉換器，具有很高的轉換效率，LLC變換器采用了電感、電容、電阻等串聯諧振電路，極大地減少了開關管的開關損耗，使得功率器件的損耗大大降低，能夠將輸入電源的能量轉換為輸出功率的損耗大大減少，從而實現了高效率轉換。此外，LLC諧振變換器的功率密度也相對較高，占用板子的空間相對較小。
二、YXPHM-LLCb-S功率硬件
圖2為YXPHM-LLCb-S的主電路拓撲示意圖：
圖2 YXPHM-LLCb-S主電路拓撲示意
上圖顯示主電路拓撲為兩電平全橋架構，功率開關器件采用SiC MOSFET。表1為其主要參數。
主控CPU采用目前流行的DSP，型號為TI公司的TMS320F28335，其32位浮點處理能力，非常適用于變流器控制場合。通過傳感器分別采集輸入輸出側電壓、電流以及溫度等信息送給DSP，然后DSP經過特定的算法，通過控制兩個橋臂電壓之間的移相角可以實現能量雙向流動。除此之外，信號處理電路還預留了外部控制器接口，方便對接RCP控制器，如DSPACE、RT-LAB、SPEEDGOAT、PLEX、YXSPACE等。
圖3為實物圖片，采用亞克力材料封裝。尺寸為：420*327*216mm
（長寬高），可以平放在桌子上面，故稱作桌面型功率模塊。
圖3 YXPHM-LLCb實物圖
功率模塊硬件板卡方面主要由主控單元、采集調理單元、功率驅動單元、接口單元和人機界面等組成。
三、YXPHM-LLCb-S組成
3.1 主控單元
- DSP：TI公司TMS320F28335，32位浮點型，150MHz主頻。
- 電流采集：8通道，支持霍爾電流傳感器；
- 電壓采集：6通道，支持交流、直流電壓采集；
- PWM：12通道；
- RS485：1通道，支持MODBUS通信協議；
- CAN：1通道；
- 過流保護電路：1組；
- 過壓保護電路：1組；
- 繼電器：3個，用于控制功率級別接觸器等；
- 外擴模擬接口：1個，用于與RCP控制器連接；
- 外擴數字接口：1個，用于與RCP控制器連接；
- LCD：1個7寸工業觸摸屏，用于查看運行信息；
3.2 采集調理單元
- 電流采集：8通道，用電流霍爾傳感器，其輸出為電流型，經過調理電路增大或者跟隨進入ADC單元；
- 電壓采集：6通道，采用差分電路形式采集，交流、直流電壓均可進行調理采集；
- 溫度采集：外接NTC-10K電阻，時刻監測功率器件的工作溫度。
3.3 功率單元
- SiC MOSFET：40mΩ/1200v，安森美NTH4L040N120SC1-D；或者18mΩ/1200v，羅姆SCT4018KRC
- 母線電容：輸入電容150uF/800v，輸出電容340uF/900v；
- 直流電流采集采用托肯公司閉環霍爾電流傳感器TBC100BS,根據功率等級選擇相應傳感器，電感電流采集采用向上電子OPCT10AL電流互感器。
- 散熱器：采用紫銅散熱器,散熱好溫度低，標配風機加強散熱；
- 高頻變壓器變比：1：1（默認，可定制更改）
3.4 接口單元
圖5 模塊接口單元實物示意圖
YXPHM-LLCb-S共有3類接口，分別為輔助220V供電端子，輸入側端子，輸出側端子。
輔助220V端子用于為模塊內部控制器電路供電；
輸入/輸出側端子為直流母線/負載端子正負極；
3.5 人機界面
圖6 LLC人機界面示意圖
YXPHM-LLCb模塊具備7寸觸控液晶屏，人機界面與變流模塊通訊交互，可觀測變流器實時數據，并設定控制模式、電流電壓值等。
四、PRCP系統—PHM模塊+RCP控制器
當前，YXSPACE系列快速原型控制器備受大家關注，由于其支持模型下載功能，非常快捷、方便的驗證控制算法。因此為了提高功率模塊的使用場合，特將功率模塊的模擬采集部分以及數字控制部分通過DB25接口外擴出來，直接與RCP控制器對接，便于RCP直接控制。
圖7 YXPHM-LLCb與SP2000控制器實物圖
圖8 YXPHM-LLCb與SP6000仿真機實物圖
五、常見控制策略
（1）頻率控制
六、YXPHM-LLCb功率模塊開放性
研旭研發的YXPHM系列產品最大的特點就是開放性，目的是全面支撐用戶二次開發。所能提供的資料為：
- 所有硬件圖紙，包含原理圖和PCB圖（PDF格式）；
- 內部布線圖；
- DSP運行源代碼，包含但不限于程序主框架、硬件驅動功能、硬件配置功能、通訊功能、保護功能、編碼器功能、采樣功能、濾波函數、控制算法等（選配）；
- 設備操作說明書；
- 硬件開發設計說明；
- 軟件開發設計說明（需選配軟件資源開放）；
用戶獲取以上資料后，可以從硬件、軟件兩個方面進行深度研究，硬件方面可以了解這類變流器的設計思路，以及一些特定成熟的電路。軟件方面不僅可以從編程技巧等基礎方面獲取經驗，而且更可以從探究、驗證自己的控制算法等理論方面獲得成果。
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