YXPHM-DAB10b-I双有源全桥双向变流模块

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

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• 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。