基於無橋圖騰柱架構與SCR浪湧限流,以ST SiC MOSFET與STM32F334設計的3.6 kW PFC 數位電源方案: STEVAL-DPSTPFC1

STEVAL-DPSTPFC1 3.6 kW無橋圖騰柱(bridgeless totem pole)升壓電路可透過浪湧電流限制器(ICL Inrush Current Limiter)實現數位功率因數校正(PFC)。

它可幫助您使用最新的ST電源套件設備設計創新的拓撲:碳化矽(SiC) MOSFET(SCTW35N65G2V),晶閘管SCR(TN3050H-12WY),隔離式FET驅動器(STGAP2S)和32位MCU(STM32F334)。該方案以72 kHz運行的緊湊型轉換器,具有高峰值效率,97.5%,低總諧波失真 THD ( Total Harmonic Distortion ) ,3.7%, 並減少了材料清單。

它實現了一種堅固的電路,可滿足高達4 kV的EMC標準,從而提供了高開關壽命並減少了EMI輻射。用作交流線路極性切換器的晶閘管SCR可以在加電或線路下降恢復時實現電流限制:PFC效率最佳,並且不會發生EMI效應。該解決方案包括具有無橋圖騰柱升壓功能的電源板(帶有浪湧限制器電路,開關驅動器和輔助電源),帶有其MCU的控制板,PFC / ICL控制固件,以及用於MCU軟件調試的適配器板。


該解決方案適合需要緊湊佈局和高質量功率因數校正的應用:

  • 電池充電器
  • EV車載充電
  • UPS和工業充電器,
  • 工業中的SMPS
  • 數據中心和電信環境

 

它使用以下ST電源IC:

  • 1200 V,30 A汽車級晶閘管(Thyristor)(TN3050H-12WY)
  • 650 V,35 A,SiC功率MOSFET(SCTW35N65G2V)
  • 1700 V,4 A,電隔離單柵極驅動器(STGAP2S)
  • 帶有DSP和FPU指令的STM32F3混合信號MCU(STM32F334)
  • 節能的離線高壓開關穩壓器, 用於輔助電源供應轉換器(VIPER26LD)


方案設計重點說明如下:

圖騰柱Totem-Pole配置通常用於PFC拓撲中以實現高效率和高功率密度





PFC控制演算法




數位控制浪湧電流限制(ICL)

 

浪湧電流限制器(ICL Inrush Current Limiter)使用繼電器,熱敏電阻及SCR 的比較:

繼電器和熱敏電阻

SCR

+繼電器可以通過簡單的電路驅動

-繼電器在切換時引起可聽見的噪音

-繼電器金屬觸點老化

-充電時間慢

+除掉占空間的繼電器和熱敏電阻(PTC / NTC)

+沒有線圈和繼電器的傳導損耗

+更快的啟動過程

+斷線恢復時的主動電流限制

-需要精確的SCR脈衝時序




交流過零時電流穩定的設計挑戰



STSW-DPSTPFC1FW固件控制STEVAL-DPSTPFC1 3.6 kW無橋圖騰柱(bridgeless totem pole )升壓電路。

它運行在STM32F334微控制器上,透過控制電路板啟動時的浪湧電流, 達到效率,總諧波失真THD,功率因數和可靠性方面提高性能。

固件在上電時或板子復位後立即可用。

STSW-DPSTPFC1FW提供了一個配置和控制參數(SCR開啟延遲步長,保護閾值(thresholds)和電流/電壓控制器係數)的環境。

該固件包基於STM32CubeMX(v 4.22),並且是為IAR / EWARM工作區(版本7.70)設計的。

https://www.st.com/en/embedded-software/stsw-dpstpfc1fw.html





重要零件

SiC功率MOSFET及柵極驅動器

►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

 使用可操作於低頻段的矽控整流器SCR來控制浪湧電流限制有助於免除使用占空間的熱敏電阻 /繼電器。  峰值效率:97.5%,總諧波 失真(THD)為3.7%  緊湊型PFC轉換器  更高的開關壽命  符合4 kV時的EMI規範  符合RoHS和WEEE

►方案規格

•輸入交流電壓:85VAC至264VAC •直流輸出電壓:400VDC •最大輸入電流:16A •開關頻率:72kHz •操作模式:CCM •230VAC,50%負載時,峰值效率〜97.5% •iTHD <10> 30%負載 •數位浪湧電流限制控制

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