芯干線科技三相5KW圖騰柱無橋PFC電源方案

無論是大型商業(yè)建筑的中央空調系統(tǒng)還是熱泵型的家用空調，熱泵風機都起著關鍵作用。它可以快速調節(jié)室內溫度，為用戶提供舒適的室內環(huán)境。

芯干線科技推出的三相 5KW 圖騰柱無橋 PFC 電源方案，以其高速的數(shù)據(jù)運算能力，讓轉換速度可達 6M以上。當將其應用于熱泵風機時，借助高效的風機運行機制，可以在保證制冷或制熱效果的同時，降低能耗，節(jié)省能源。

一、方案總體介紹

這款先進的電源方案是芯干線與瑞薩攜手合作，通過共建的三代半數(shù)字電源研發(fā)實驗室精心打造而成。其采用瑞薩 MCU 作為主控，實現(xiàn)了卓越的無橋 PFC 方案，具體規(guī)格如下：

1 、交流輸入整流功能

3相輸入相電壓220V，頻率45Hz到60Hz.輸出電壓700V額定電壓。輸出功率5KW.80K的開關頻率，PF值0.99，THD小于5%.最高效率達到97%。

2 、離線逆變器功能

直流電壓700V，輸出3相相位相差120度的380V離線逆變器，輸出功率5KW，開關頻率80K.輸出頻率50Hz,THD5%,最高效率不低于97%。

二、5KW三相圖騰柱PFC方案板圖

本方案采用三相無橋的硬件拓撲結構，其開關管選用在業(yè)界擁有卓越口碑的南京芯干線品牌的 SIC MOS，具體型號為 X2M120075T4B。

該器件內阻 Ron 僅為 75mR，耐壓高達 1200V，即便在 100℃的高溫環(huán)境下，仍可穩(wěn)定承受 28A 的額定電流。其門級輸入電容 Ciss 為 1.2nF，能夠支持高達 200kHz 的開關頻率，并且內置了高性能的 SIC Diode，具備出色的沖擊承受能力。在高壓電能變換場景中，這些特性使其優(yōu)勢盡顯，相較于 IGBT 更是有著顯著的優(yōu)越性。

三、方案優(yōu)勢

1、高速數(shù)據(jù)運算:主控制器Renesas的RA6T2BD3C為高性能數(shù)字電源專用控制器,主核工作頻率為240MHz，ARM33核，并且具有浮點運算單元；

2、高分辨率PWM驅動:高達10個通道的通用PWM定時器，可以產生足夠多的驅動來完成復雜的3相正弦波控制，能夠以合適的開關頻率提高產品的功率密度；

3、多達29個模擬轉換輸入通道，并且2個獨立的AD轉換器，轉換速度可達6M以上，可以減少相位延遲，提高產品的穩(wěn)定性;

4、三相圖騰柱PFC拓撲:三相交流220V與母線電壓大約700V，可以實現(xiàn)雙向 AC-DC變換運行，并且使用空間矢量脈寬調制SVPWM技術;

5、利用RA6T2的AD采樣確定3相電壓的正負半周切換，使用軟件鎖相環(huán)去鎖相采樣電壓與真實的電網電壓同相且同頻率，實現(xiàn)高功率因數(shù)的整流功能，軟件過零檢測電路用于檢測電網電壓狀態(tài)。

四、工作原理

該方案的輸出電壓700V為設計目標，因此控制電路有兩個目標。第一，要求將輸出電壓穩(wěn)定在700V。第二，實現(xiàn)電網側的電壓和電流同相位。

利用鎖相環(huán)得到三相電壓實時的一個角度，如圖1所示。

圖1 PLL

將得到的角度參與到三相電壓和電流的DQ坐標變換，得到Vd，Vq和Id,Iq。如圖2所示。

圖2 電壓電流坐標變換

得到所有需要的參數(shù)之后，下階段是控制輸出電壓穩(wěn)定在700V。其系統(tǒng)結構控制框圖如圖3所示。

圖3 前饋解耦PI控制系統(tǒng)框圖

如圖4所示為電壓電流雙環(huán)控制的一個仿真圖，和圖3原理一樣。將給定700V電壓與采集到的輸出實時電壓做差，經過PI計算得到的數(shù)值作為電流內環(huán)的給定值，再經過圖3所示得控制原理得到Ud,Uq。Ud,Uq經過反變換得到α和β參與到SVPWM的控制中之后即可得到調節(jié)輸出700V的所需的開關管占空比。

圖4 雙環(huán)控制框圖

圖5為電壓調節(jié)過程整體圖。

圖5 電壓調節(jié)整體圖

圖6為電壓電流相位同步的過程

圖6 三相電壓與電流波形

圖7為電壓上升到700V的過程，可以看出此時PWM需要的脈寬較大，來維持電壓上升的一個過程。

圖7 PWM脈沖和輸出電壓上升波形

圖8為輸出電壓穩(wěn)定在700V的過程，看出此時PWM的脈寬減小，正弦度變化趨勢的脈寬維持高功率因數(shù)輸出。

圖8 PWM脈沖和輸出電壓穩(wěn)定波形

無論是住宅領域、商業(yè)建筑領域，還是工農業(yè)領域，溫控系統(tǒng)中熱泵風機的應用都非常廣泛切起著關鍵的作用。

熱泵風機能夠有效地將熱量在室內外進行交換，滿足溫控系統(tǒng)的需求。芯干線科技的三相5KW圖騰柱無橋PFC電源方案的良好性能，將有助于溫控系統(tǒng)熱泵風機的的穩(wěn)定高效運行。

南京芯干線的第三代寬禁帶半導體聚焦于高效、高頻、高密度應用領域，以無畏的創(chuàng)新精神勇當電力電子行業(yè)的先鋒力量，不斷推動行業(yè)技術的進步與發(fā)展。