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。 當系統工作在電池充電狀態時，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PFC(Power Factor Correction)功能； 當系統工作在電池放電狀態時，雙向ACDC變換器工作在逆變模式，負責將直流母線電壓逆變為交流電壓，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)數字控制器開發的雙向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完善的配套開發環境和詳細的參考設計資料可幫助用戶縮短開發周期，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變換器系統控制框圖。

在該模式下，控制環路采用電壓外環+電流內環的雙環控制策略。 電壓外環采用準PR(ProportionalResonant)調節器，從而提高交流輸出電壓的穩態控制精度。

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

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

另外，DSC片上比較器模塊CMP可用于實現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變換器系統控制框圖。

在該模式下，變換器控制環路仍采用電壓外環+電流內環的雙環控制策略，電流內環為平均電流控制。 電壓外環采用PI調節器，用于調節直流母線電壓。

電網電壓相位通過PLL(Phase-Locked Loop)鎖相獲取。 PLL輸出、電壓環輸出和電網電壓有效值前饋相乘，得到電流內環參考。 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。 電流環采用PI調節器，實現電網電流和電網電壓的同相位控制，從而保證高功率因數。

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?？梢婋娋W電流和電網電壓基本同相位，表明功率因數校正效果良好。電流波形包絡呈正弦，電流環跟蹤效果較好。

小結

今天給大家簡單介紹了恩智浦基于DSC數字控制器的雙向ACDC參考設計方案。

審核編輯：湯梓紅