为了在类比电源供应系统上设计出更精细、更复杂多样化的电源管理算法则,源自于云端运算服务器、电信机台设备的数位电源技术,以高效能微控制器(MCU)作为监控与输出多样化类比电压的调整技术;即便其成本较高,系统业者也开始将它推广并导入,藉以开发出更多的节能控制与智慧绿能应用。
本文引用地址:友尚与明志科技大学高功率实验室合作开发350W PFC数位电源方案(如图一),以此解决方案展示M32F334在数位电源上的优异表现并提供给客户参考,M32F334内建217ps的高分辨率PWM,并具备12 bits ADC 5MSPS(0.2us),在控制上提供更好的输出精度。为了方便更换不同的MCU控制半PFC数位电源板,本方案采用MCU子板以便更换,如图二所示。
图一 半PFC数位电源板与 MCU子板
图二 MCU子板
图三为系统方块图,由左到右输入端、EMI滤波、无桥PFC到下方的电压电流回授经过ADC界面到M32F334经过控制运算后由HRTIM输出PWM。图四为半无桥PFC拓朴,这种拓扑是通过去掉二极体桥式整流器,从而使系统具有更低的传导损耗和更高效率的优点。本方案之控制架构如图五所示,根据外部电压与电流大小信息作为反馈,依反馈量与目标值的误差进行动态调节,再与前馈预补量做计算,最终透过HRTIM输出PWM。
图三 系统方块图
图四 系统拓朴
图五 控制架构图
本方案之数位控制韧体的架构如图六所示,主程式为PFC state machine概述为若处于PFC IDLE状态。在这里,系统等待交流电源插入,并验证是否没有故障。如果未检测到故障,则新状态为PFC INIT。在这种状态下,PI调节器的积分项将被重置,致能PM8834及relay闭合。 PFC输出参考电压被初始化为当时的输出电压。此后,新状态为PFC START,其中执行输出电压斜坡功能即soft start。当斜坡完成并且输出电压等于430 V DC。然后,启用前馈占空比控制,下一个状态为PFC ON。如果处于上述任何一种状态,则确认故障情况后,系统将被迫进入PFC STOP状态。每60KHz HRTIM触发ADC中断,而电流PI控制每20Khz一次,每100HHz 计算一次电压控制,每2KHz计算输入电压频率。
图六 韧体架构
►场景应用图
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►产品实体图
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►展示板照片
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►方案方块图
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►核心技术优势
· 全数位控制半无桥PFC
· 拥有高分辨率的PWM
· 采用平均电流法控制以降低电流总谐波失真
►方案规格
· Input AC voltage: 90 V to 264 V
· Input AC frequency: 45 Hz to 65 Hz
· Nominal power: 350 W
· Output voltage: 400 V
· Input short-circuit protection 10A fuse
· PFC switching frequency 60Khz
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