參考設計 | 2KW AC/DC數(shù)字電源方案

什么是數(shù)字電源？

數(shù)字電源即通過一顆通用的數(shù)字信號控制器，完成傳統(tǒng)模擬電源控制IC所具備的PWM、保護、環(huán)路補償?shù)裙δ?，同時具備通信監(jiān)控功能。

數(shù)字電源的數(shù)字信號控制器取代了模擬電源的控制芯片、環(huán)路補償?shù)倪\放及相關(guān)器件。軟件處理的靈活性是傳統(tǒng)模擬電源遠不能比的，比如軟件可以處理電路保護、非線性計算等任務，硬件層面關(guān)注功率電路、磁性器件、驅(qū)動電路、采樣電路等電路設計。

控制器主要分為通用處理器和專用控制芯片兩類：

通用數(shù)字信號控制器：即是一個運算能力較強的MCU，比如TI的TMS320F2802x/03x系列，Microchip的dispic系列，F(xiàn)reescale的DSP，F(xiàn)reescale被收購后叫NXP，又推出了Kinetis系列的針對數(shù)字電源的和電機控制的芯片，與之前Freescale的DSP相比而言，內(nèi)核變?yōu)?a target="_blank">arm內(nèi)核。ST也有一些數(shù)字電源的通用控制器。

專用數(shù)字電源控制芯片：比如TI的UCD系列，cortex-M3內(nèi)核，該芯片把環(huán)路固定在芯片內(nèi)部由硬件實現(xiàn)，環(huán)路參數(shù)可以更改，但結(jié)構(gòu)沒法改，環(huán)路的數(shù)量也有限。相對于DSP，優(yōu)點是環(huán)路控制頻率可以做的很快，環(huán)路帶寬可以做高，但是不靈活。DSP的環(huán)路是軟件實現(xiàn)的，由于采樣及控制頻率的限制，環(huán)路帶寬做不了太高；

2KW AC/DC 數(shù)字電源方案

本方案是基于STM32F334C8的一款2KW AC/DC數(shù)字電源，電源由兩個由STM32F334控制的功率部分組成：兩相交錯功率因數(shù)校正器（PFC）和ZVS DC/DC移相全橋DCDC變換器。

交錯式PFC包括兩個基于600V MDmesh M2功率MOSFET且相位差為180的升壓轉(zhuǎn)換器。

下游部分包括一個基于MDmesh DM2功率MOSFET的DC/DC相移全橋轉(zhuǎn)換器，并使用HF變壓器執(zhí)行降壓，t通過調(diào)節(jié)選擇的初級與次級比例可在整個工作范圍內(nèi)保持足夠高的效率。

在初級側(cè)，變壓器由全橋轉(zhuǎn)換器供電，由于零電壓開關(guān)（ZVS）操作，開關(guān)損耗得以降低。

在次級側(cè)，同步整流（SR）用于確保較低的傳導損耗。輸出電壓波形由STripFET功率MOSFET整流，然后經(jīng)過濾波器平滑輸出。

技術(shù)參數(shù)

輸入交流電壓：90V至264V

輸出電壓：48V或52V，最大輸出電流：42A

輸入交流頻率：45Hz至65Hz

標稱輸出功率：2kW

交錯式PFC拓撲

PFC開關(guān)頻率：60kHz

PFC最大功率因子：0.99

DC-DC級：具有同步整流的全橋相移ZVS

DC-DC開關(guān)頻率：100kHz

高頻變壓器隔離電壓：4kV

整體效率：80PLUS白金級

根據(jù)輸出功率調(diào)節(jié)風速進行強制冷卻

過熱保護

輸出短路保護

參考設計資料下載

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