前言

隔離型雙向ACDC變換器作為連接電網和電池的橋梁，在OBC(On Board Charger)、戶用儲能、UPS(Uninterruptible Power Supply)等場景中得到了廣泛應用。

隔離型雙向ACDC變換器由一次側的雙向ACDC變換器，和二次側的隔離型雙向DCDC變換器組成。 當系統(tǒng)工作在電池充電狀態(tài)時，雙向ACDC變換器工作在整流模式，負責將電網交流電轉換為直流電，并實現(xiàn)PFC(Power Factor Correction)功能； 當系統(tǒng)工作在電池放電狀態(tài)時，雙向ACDC變換器工作在逆變模式，負責將直流母線電壓逆變?yōu)榻涣麟妷?，為本地交流負載供電或者將電池能量反饋至電網。

本文簡要介紹基于恩智浦DSC(DigitalSignal Controller)數(shù)字控制器開發(fā)的雙向ACDC參考設計方案。 該方案主功率拓撲選用下圖所示的全橋電路，主控芯片采用DSC系列MC56F83783數(shù)字控制器。

DSC是恩智浦為電能變換、電機控制等應用量身打造的DSP架構數(shù)字控制器。 DSC靈活的控制外設和高效的內核架構，可幫助電能在直流側UDC和交流側UAC之間，進行高效可靠的雙向傳輸。 同時，DSC完善的配套開發(fā)環(huán)境和詳細的參考設計資料可幫助用戶縮短開發(fā)周期，加快產品上市速度。

逆變工作模式

下圖所示為工作在逆變模式的雙向ACDC變換器系統(tǒng)控制框圖。

在該模式下，控制環(huán)路采用電壓外環(huán)+電流內環(huán)的雙環(huán)控制策略。 電壓外環(huán)采用準PR(ProportionalResonant)調節(jié)器，從而提高交流輸出電壓的穩(wěn)態(tài)控制精度。

在該平臺上，交流輸出電壓有效值誤差低于1%。 電流內環(huán)采用PI(Proportional Integral)調節(jié)器實現(xiàn)。 正弦電壓參考基準、PR調節(jié)器和PI調節(jié)器均可通過調用恩智浦RTCESL(Real Time ControlEmbedded Software Library)庫函數(shù)實現(xiàn)。

RTCESL庫中包含數(shù)字電源應用中常用的調節(jié)器、數(shù)字濾波器、常用數(shù)學運算等函數(shù)，所有庫函數(shù)均通過匯編語言實現(xiàn)。 通過調用庫函數(shù)，用戶可快速實現(xiàn)高效的數(shù)字控制算法。

另外，DSC片上比較器模塊CMP可用于實現(xiàn)逆變器的逐波限流和過壓保護等功能，幫助用戶減少BOM成本。

最后，恩智浦提供實時在線串口調試工具FreeMASTER。 FreeMASTER可以以圖形化的形式實時在線顯示代碼中變量的數(shù)值，這對于加快代碼調試、快速定位問題很有幫助。

整流工作模式

下圖所示為工作在整流模式的雙向ACDC變換器系統(tǒng)控制框圖。

在該模式下，變換器控制環(huán)路仍采用電壓外環(huán)+電流內環(huán)的雙環(huán)控制策略，電流內環(huán)為平均電流控制。 電壓外環(huán)采用PI調節(jié)器，用于調節(jié)直流母線電壓。

電網電壓相位通過PLL(Phase-Locked Loop)鎖相獲取。 PLL輸出、電壓環(huán)輸出和電網電壓有效值前饋相乘，得到電流內環(huán)參考。 這里采用電網電壓前饋算法，降低電網電壓波動對變換器工作的影響。 電流環(huán)采用PI調節(jié)器，實現(xiàn)電網電流和電網電壓的同相位控制，從而保證高功率因數(shù)。

最后，通過引入占空比前饋控制算法，減小電網電壓過零點附近的電流畸變，從而降低電網電流THD(Total Harmonic Distortion)。

實驗結果

這是雙向ACDC變換器的主要規(guī)格：

下圖是雙向ACDC變換器硬件平臺。 控制子卡HVP-56F83783和功率母板采用子母卡形式，通過金手指連接。

該設計方便用戶根據自身需求，評估不同系列的DSC產品。

下圖為工作在逆變模式下，變換器輸出220VAC帶整流性負載時的滿載工作波形。

示波器1通道顯示整流性負載電容兩端電壓，2通道顯示變換器輸出電流，4通道顯示變換器輸出電壓。 在該工況下，交流輸出電壓THD為2.1%，變換器控制效果良好。

下圖為工作在整流模式下，變換器輸入110VAC帶滿載時的工作波形。

示波器1通道顯示電網側輸入電流，2通道顯示變換器直流母線電壓，4通道顯示電網電壓。可見電網電流和電網電壓基本同相位，表明功率因數(shù)校正效果良好。電流波形包絡呈正弦，電流環(huán)跟蹤效果較好。

小結

今天給大家簡單介紹了恩智浦基于DSC數(shù)字控制器的雙向ACDC參考設計方案。

審核編輯：湯梓紅