基於三相維也納架構，以STM32G474RET6設計的雙向15KW三相雙向充電樁電源方案

方案STDES-PFCBIDIR是一個15KW的三相維也納非隔離方案，可同時實現AC/DC和DC/AC的雙向轉換，非常適用於高功率充電樁，工業電池充電器，UPS等的前級應用。該方案直流電壓：800Vdc，交流電壓：400Vac@50Hz，功率15KW，效率高達99%，採用軟啟動，能有效抑制浪涌電流。

整個方案由主功率迴路，LCL濾波電路，傳感電路，浪涌保護電路，電網連接電路和輔助電源電路幾部分組成，MCU通過開關去控制與交流電網的斷開與連接，以及在整流或者逆變模式下的負載和電流的管理，ST STGAP2S是一個門級驅動晶片，由他輸出開關信號，分別控制相應的開關管，以確保開關頻率和死區時間的獨立管理。

該方案基於ST MCU STM32G474RET6實現控制，該晶片是ST新一代數字電源控制晶片，主頻高達170MHz，內核採用Arm Cortex-M4，支持浮點運算，數學加速器，高精度定時器，該定時器可以同時發出12路PWM任意波，精度高達184ps，同時該晶片集成4個OP，多路UART，I2C，DAC控制，實現實時過流和過壓保護。

為了更好的熟悉該控制晶片，搭建數字電源基本架構，ST還提供了B-G474E-DPOW1開發板，該開發板基於STM32G474RET6設計，提供了USB3.0，Type-C接口，全面的軟體Hal庫，各種軟體示例，可以幫助用戶設計數字電源原型應用。

如下圖所示，是三相維也納拓撲的主要電路，三相整流橋，該電路使用碳化矽MOS，是考慮到逆變功能，如果不需要逆變，可以使用碳化矽二極體在整流橋，碳化矽二極體相較於快恢二極體，耐壓，EMI以及抗浪涌衝擊能力都會更好；每相一個雙向開關由兩個碳化矽MOS組成，共用驅動信號，降低了控制和驅動的難度，相比其他的組合，具有效率高，器件數量少的優點。

一般維也納的拓撲都採用數字控制，相對於模擬控制，控制靈活，可移植性強，以充電樁的PFC控制為例，簡單說明MCU控制原理：通過三個繼電器控制信號Relay_A，Relay_B，Relay_C來控制PFC電感的充放電。三相三電平PFC可以看作是三個單相的PFC，每個單相相當於由兩個Boost電路組成，在交流電壓的正負半周交替工作，以A相為例，驅動信號為高時，則開關管Q9導通（交流電壓的正半周）或者Q10導通（交流電壓的負半周）；驅動信號為低時，開關管Q9和Q10都關斷。電壓正半周時，A相上橋臂MOS導通；電壓負半周時，A相下橋臂MOS導通。

這種控制電路一般採取雙環的控制方式，即電壓外環和電流內環。電壓外環得到穩定的輸出直流電壓，供後級電路的使用，電流內環得到接近正弦的輸入電流，滿足THD和PF值的要求。

PFC控制方式如下圖所示：輸入電壓經過ADC採樣，在經過PLL計算得到實時電壓幅值和相位，再經過前饋函數，得到前饋占空比；反饋分成兩部分，一部分是輸出電壓的採樣，輸出電壓和給定電壓之間的壓差，經過PI運算實現電壓環；另外一部分是電流，通過電壓環得到瞬時電流值，結合相位表，得到實時電流，該電流與主迴路電流的差值，經過PI運算，得到反饋占空比，反饋占空比與前饋占空比相加得到實際的占空比，這樣就可以形成整個PFC控制迴路。