基於ST STM32F334 之350W無橋功因數位電源方案

  為了在類比電源供應系統上設計出更精細、更複雜多樣化的電源管理演算法則,源自於雲端運算伺服器、電信機台設備的數位電源技術,以高效能微控制器(MCU)作為監控與輸出多樣化類比電壓的調整技術;即便其成本較高,系統業者也開始將它推廣並導入,藉以開發出更多的節能控制與智慧綠能應用。

    友尚與明志科技大學高功率實驗室合作開發350W 無橋PFC數位電源方案(如圖一),以此解決方案展示STM32F334在數位電源上的優異表現並提供給客戶參考,STM32F334內建217ps的高解析度PWM,並具備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控制半無橋PFC數位電源板,本方案採用MCU子板以便更換,如圖二所示。


圖一 半無橋PFC數位電源板與 MCU子板

 

 

圖二 MCU子板

 

 

 

圖三為系統方塊圖,由左到右輸入端、EMI濾波、無橋PFC到下方的電壓電流回授經過ADC介面到STM32F334經過控制運算後由HRTIM輸出PWM。圖四為半無橋PFC拓樸,這種拓撲是通過去掉二極體橋式整流器,從而使系統具有更低的傳導損耗和更高效率的優點。本方案之控制架構如圖五所示,根據外部電壓與電流大小信息作為反饋,依反饋量與目標值的誤差進行動態調節,再與前饋預補量做計算,最終透過HRTIM輸出PWM。

 

圖三 系統方塊圖

 

圖四 系統拓樸

 

圖五 控制架構圖

 

    本方案之數位控制韌體的架構如圖六所示,主程式為PFC state machine概述為若處於PFC IDLE狀態。在這裡,系統等待交流電源插入,並驗證是否沒有故障。如果未檢測到故障,則新狀態為PFC INIT。在這種狀態下,PI調節器的積分項將被重置,致能PM8834及relay閉合。 PFC輸出參考電壓被初始化為當時的輸出電壓。此後,新狀態為PFC START,其中執行輸出電壓斜坡功能即soft start。當斜坡完成並且輸出電壓等於430 V DC。然後,啟用前饋佔空比控制,下一個狀態為PFC ON。如果處於上述任何一種狀態,則確認故障情況後,系統將被迫進入PFC STOP狀態。每60KHz HRTIM觸發ADC中斷,而電流PI控制每20Khz一次,每100HHz 計算一次電壓控制,每2KHz計算輸入電壓頻率。


圖六 韌體架構

 

►場景應用圖

►產品實體圖

►展示板照片

►方案方塊圖

►核心技術優勢

 全數位控制半無橋PFC  STM32F334擁有高解析度的PWM  採用平均電流法控制以降低電流總諧波失真

►方案規格

 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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