基于ST STM32F334 之350W無(wú)橋功因數(shù)位電源方案

為了在類比電源供應(yīng)系統(tǒng)上設(shè)計(jì)出更精細(xì)、更復(fù)雜多樣化的電源管理算法則，源自于云端運(yùn)算服務(wù)器、電信機(jī)臺(tái)設(shè)備的數(shù)位電源技術(shù)，以高效能微控制器(MCU)作為監(jiān)控與輸出多樣化類比電壓的調(diào)整技術(shù)；即便其成本較高，系統(tǒng)業(yè)者也開(kāi)始將它推廣并導(dǎo)入，藉以開(kāi)發(fā)出更多的節(jié)能控制與智慧綠能應(yīng)用。

友尚與明志科技大學(xué)高功率實(shí)驗(yàn)室合作開(kāi)發(fā)350W 無(wú)橋PFC數(shù)位電源方案(如圖一)，以此解決方案展示STM32F334在數(shù)位電源上的優(yōu)異表現(xiàn)并提供給客戶參考，STM32F334內(nèi)建217ps的高分辨率PWM，并具備12 bits ADC 5MSPS(0.2us)，在控制上提供更好的輸出精度。為了方便更換不同的MCU控制半無(wú)橋PFC數(shù)位電源板，本方案采用MCU子板以便更換，如圖二所示。

圖一 半無(wú)橋PFC數(shù)位電源板與 MCU子板

圖二 MCU子板

圖三為系統(tǒng)方塊圖，由左到右輸入端、EMI濾波、無(wú)橋PFC到下方的電壓電流回授經(jīng)過(guò)ADC界面到STM32F334經(jīng)過(guò)控制運(yùn)算后由HRTIM輸出PWM。圖四為半無(wú)橋PFC拓樸，這種拓?fù)涫峭ㄟ^(guò)去掉二極體橋式整流器，從而使系統(tǒng)具有更低的傳導(dǎo)損耗和更高效率的優(yōu)點(diǎn)。本方案之控制架構(gòu)如圖五所示，根據(jù)外部電壓與電流大小信息作為反饋，依反饋量與目標(biāo)值的誤差進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，再與前饋預(yù)補(bǔ)量做計(jì)算，最終透過(guò)HRTIM輸出PWM。

圖三 系統(tǒng)方塊圖

圖四 系統(tǒng)拓樸

圖五 控制架構(gòu)圖

       本方案之?dāng)?shù)位控制韌體的架構(gòu)如圖六所示，主程式為PFC state machine概述為若處于PFC IDLE狀態(tài)。在這里，系統(tǒng)等待交流電源插入，并驗(yàn)證是否沒(méi)有故障。如果未檢測(cè)到故障，則新?tīng)顟B(tài)為PFC INIT。在這種狀態(tài)下，PI調(diào)節(jié)器的積分項(xiàng)將被重置，致能PM8834及relay閉合。 PFC輸出參考電壓被初始化為當(dāng)時(shí)的輸出電壓。此后，新?tīng)顟B(tài)為PFC START，其中執(zhí)行輸出電壓斜坡功能即soft start。當(dāng)斜坡完成并且輸出電壓等于430 V DC。然后，啟用前饋占空比控制，下一個(gè)狀態(tài)為PFC ON。如果處于上述任何一種狀態(tài)，則確認(rèn)故障情況后，系統(tǒng)將被迫進(jìn)入PFC STOP狀態(tài)。每60KHz HRTIM觸發(fā)ADC中斷，而電流PI控制每20Khz一次，每100HHz 計(jì)算一次電壓控制，每2KHz計(jì)算輸入電壓頻率。

圖六 韌體架構(gòu)

?場(chǎng)景應(yīng)用圖

?產(chǎn)品實(shí)體圖

?展示板照片

?方案方塊圖

?核心技術(shù)優(yōu)勢(shì)

· 全數(shù)位控制半無(wú)橋PFC

· STM32F334擁有高分辨率的PWM

· 采用平均電流法控制以降低電流總諧波失真

?方案規(guī)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