基于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、更復雜多樣化的電源管理算法則，源自于云端運算服務器、電信機臺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并導入，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并提供給客戶參考，STM32F334內建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控制半無橋PFC數位電源板，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界面到STM32F334經過控制運算后由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概述為若處于PFC IDLE狀態。在這里，系統等待交流電源插入，并驗證是否沒有故障。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。此后，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，下一個狀態為PFC ON。如果處于上述任何一種狀態，則確認故障情況后，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