1. ?設計需求分析
->?功率等級：10kW，適用于(yu)充(chong)電樁內部(bu)電源(yuan)模塊。
->?輸入電壓：三相(xiang)230V AC，頻(pin)率50Hz。
->?輸出參數：電壓250~500V可調，電流0~20A可調。
->?PFC整流要求：具(ju)備高功率因素（PF>99%）。
->?低成本：開關管選用普(pu)通(tong)MOS管。
2. ?拓撲結構選擇
VIENNA_Ⅱ+三電平半橋LLC：常見(jian)的(de)三(san)相PFC拓撲有VIENNA_I和VIENNA_Ⅱ，VIENNA_I需要的(de)開關(guan)管(guan)(guan)個數要比VIENNA_II多(duo)12個二極管(guan)(guan)，出于成本和拓撲的(de)簡(jian)易特(te)性，我們選用VIENNA_Ⅱ拓撲作(zuo)為(wei)(wei)(wei)升壓(ya)(ya)升壓(ya)(ya)整流電(dian)(dian)路； 普通的(de)MOS管(guan)(guan)額定電(dian)(dian)壓(ya)(ya)為(wei)(wei)(wei)650V，前級PFC整流輸出電(dian)(dian)壓(ya)(ya)高(gao)達(da)800V，考慮到(dao)DC模塊輸出電(dian)(dian)壓(ya)(ya)為(wei)(wei)(wei)500V20A，直(zhi)接選用三(san)電(dian)(dian)平半橋(qiao)LLC作(zuo)為(wei)(wei)(wei)直(zhi)流轉換拓撲，三(san)電(dian)(dian)平半橋(qiao)每個管(guan)(guan)子最(zui)大承受電(dian)(dian)壓(ya)(ya)為(wei)(wei)(wei)母線電(dian)(dian)壓(ya)(ya)的(de)一半；
3. ?控制策略
- ØPWM調制：采用正弦脈寬調制（SPWM）生成高質量的正弦波。
- Ø鎖相環（PLL）：實現與電網的同步，確保輸出頻率和相位與電網一致。
- ØDQ控制：利用坐標變換，將三相交流量變換成DQ變量，實現有功無功的精準控制。
- ØLLC雙環競爭控制：電池電壓和電流環競爭控制，確保充電模塊輸出安全可靠。
4. ?PFC整流實現
A ->PFC拓撲選擇
常(chang)見的三相PFC拓撲有VIENNA_I和(he)VIENNA_Ⅱ，考慮成本和(he)拓撲走線布局原因選(xuan)用(yong)(yong)VIENNA_Ⅱ，MOS管規(gui)(gui)格(ge)選(xuan)用(yong)(yong)650V40mΩ，二(er)極管規(gui)(gui)格(ge)選(xuan)用(yong)(yong)600V60A。
B->PFC控制實現
使用基于同步旋轉坐標系的PLL（dq-PLL）對市電相位進行跟蹤，實現市電相位的實時跟蹤確保整流高PF值。PFC控制采用DQ坐標變換，將三相電壓電流交流量變換成DQ直流量，然后對DQ直流量進行PI控制，最后將DQ控制的輸出進行逆變換，生成三相SPWM；
B1.基于同步旋轉坐標系的PLL（dq-PLL），算法流程圖如下：
dq-PLL算法如下：
使用PSIM仿真軟件搭建基于同步旋轉坐標系的PLL如下：
仿真波形：
B2.PFC控制算法
PFC控制(zhi)采用DQ坐標變(bian)換(huan)，將三(san)相電壓電流(liu)交流(liu)量(liang)變(bian)換(huan)成DQ直流(liu)量(liang)，然后對DQ直流(liu)量(liang)進行(xing)PI控制(zhi)，最后將DQ控制(zhi)的輸(shu)出進行(xing)逆變(bian)換(huan)，生成三(san)相SPWM；
PFC閉環系統(tong)如下：
仿真結果如下：
5. DCDC控制實現
LLC控制策略：為了(le)保證(zheng)充電模塊輸出(chu)安全可靠，采用(yong)了(le)電壓(ya)和電流雙環競爭的控制(zhi)策略，控制(zhi)框架如下：
使用PSIM仿真軟件搭建LLC控制系統如下如下：
仿真波形：設定繼電器0.5S切換負載，電流環跟電壓環之間切換順暢。
6. 充電模塊系統仿真
前面已經(jing)實(shi)現(xian)了PFC閉(bi)環系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)和三電平(ping)LLC閉(bi)環系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)，將(jiang)PFC系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)的直流(liu)輸出接到(dao)LLC的直流(liu)輸入(ru)，整(zheng)個充(chong)電模塊系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)功能(neng)即(ji)可(ke)實(shi)現(xian)；仿真系(xi)(xi)(xi)統(tong)(tong)如下：
仿真波(bo)形如下(xia)：
7. 系統總結
上述通過對充電模塊需求分析，選擇了最適合的拓撲方案，通過仿真驗證了PFC閉環控制系統、三電平半橋LLC閉環控制系統，最后將PFC和LLC結合搭建了充電模塊的系統仿真，并通過仿真波形驗證了該方案的可行性。
后續優化，PFC整流嘗試用SOGI算法鎖相更好的控制PFC電路的正弦特性優化PF跟THDi；充電模塊的系統仿真可以將LLC輸出和PFC輸出搭建成聯動輸出，根據后級LLC的負載動態調整PFC的輸出電壓，實現PFC和LLC的高效率轉換。