參考設計 | 2KW AC/DC數字電源方案

什么是數字電源？

數字電源，以數字信號處理器（DSP）或微控制器（MCU）為核心，將數字電源驅動器、PWM控制器等作為控制對象，能實現控制、管理和監測功能的電源產品。它是通過設定開關電源的內部參數來改變其外特性，并在“電源控制”的基礎上增加了“電源管理”。所謂電源管理是指將電源有效地分配給系統的不同組件，最大限度地降低損耗。數字電源的管理（如電源排序）必須全部采用數字技術。

數字電源的數字信號控制器取代了模擬電源的控制芯片、環路補償的運放及相關器件。軟件處理的靈活性是傳統模擬電源遠不能比的，比如遠程控制、在線監測、在線升級軟件、多電源組網、集群管理、故障報警等等。這是純模擬電源完全不具備的。硬件層面則關注功率電路、磁性器件、驅動電路、采樣電路等電路設計。

控制器主要分為通用處理器和專用控制芯片兩類：

通用數字信號控制器：即是一個運算能力較強的MCU，比如TI的TMS320F2802x/03x系列，Microchip的dispic系列，Freescale的DSP，Freescale被收購后叫NXP，又推出了Kinetis系列的針對數字電源的和電機控制的芯片，與之前Freescale的DSP相比而言，內核變為arm內核。ST也有一些數字電源的通用控制器。

專用數字電源控制芯片：比如TI的UCD系列，cortex-M3內核，該芯片把環路固定在芯片內部由硬件實現，環路參數可以更改，但結構沒法改，環路的數量也有限。相對于DSP，優點是環路控制頻率可以做的很快，環路帶寬可以做高，但是不靈活。DSP的環路是軟件實現的，由于采樣及控制頻率的限制，環路帶寬做不了太高；

2KW AC/DC 數字電源方案

本方案是基于STM32F334C8的一款2KW AC/DC數字電源，電源由兩個由STM32F334控制的功率部分組成：兩相交錯功率因數校正器（PFC）和ZVS DC/DC移相全橋DCDC變換器。

交錯式PFC包括兩個基于600V MDmesh M2功率MOSFET且相位差為180的升壓轉換器。

下游部分包括一個基于MDmesh DM2功率MOSFET的DC/DC相移全橋轉換器，并使用HF變壓器執行降壓，t通過調節選擇的初級與次級比例可在整個工作范圍內保持足夠高的效率。

在初級側，變壓器由全橋轉換器供電，由于零電壓開關（ZVS）操作，開關損耗得以降低。

在次級側，同步整流（SR）用于確保較低的傳導損耗。輸出電壓波形由STripFET功率MOSFET整流，然后經過濾波器平滑輸出。

技術參數

輸入交流電壓：90V至264V

輸出電壓：48V或52V，最大輸出電流：42A

輸入交流頻率：45Hz至65Hz

標稱輸出功率：2kW

交錯式PFC拓撲

PFC開關頻率：60kHz

PFC最大功率因子：0.99

DC-DC級：具有同步整流的全橋相移ZVS

DC-DC開關頻率：100kHz

高頻變壓器隔離電壓：4kV

整體效率：80PLUS白金級

根據輸出功率調節風速進行強制冷卻

過熱保護

輸出短路保護

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