基于ST STM32F334 之350W无桥功因数位电源方案

为了在类比电源供应系统上设计出更精细、更复杂多样化的电源管理算法则，源自于云端运算服务器、电信机台设备的数位电源技术，以高效能微控制器(MCU)作为监控与输出多样化类比电压的调整技术；即便其成本较高，系统业者也开始将它推广并导入，藉以开发出更多的节能控制与智慧绿能应用。

友尚与明志科技大学高功率实验室合作开发350W无桥PFC数位电源方案(如图一)，以此解决方案展示STM32F334在数位电源上的优异表现并提供给客户参考，STM32F334内建217ps的高分辨率PWM，并具备12 bits ADC 5MSPS(0.2us)，在控制上提供更好的输出精度。为了方便更换不同的MCU控制半无桥PFC数位电源板，本方案采用MCU子板以便更换，如图二所示。

图一 半无桥PFC数位电源板与 MCU子板

图二 MCU子板

图三为系统方块图，由左到右输入端、EMI滤波、无桥PFC到下方的电压电流回授经过ADC界面到STM32F334经过控制运算后由HRTIM输出PWM。图四为半无桥PFC拓朴，这种拓扑是通过去掉二极体桥式整流器，从而使系统具有更低的传导损耗和更高效率的优点。本方案之控制架构如图五所示，根据外部电压与电流大小信息作为反馈，依反馈量与目标值的误差进行动态调节，再与前馈预补量做计算，最终透过HRTIM输出PWM。

图三 系统方块图

图四 系统拓朴

图五 控制架构图

本方案之数位控制韧体的架构如图六所示，主程式为PFC state machine概述为若处于PFC IDLE状态。在这里，系统等待交流电源插入，并验证是否没有故障。如果未检测到故障，则新状态为PFC INIT。在这种状态下，PI调节器的积分项将被重置，致能PM8834及relay闭合。 PFC输出参考电压被初始化为当时的输出电压。此后，新状态为PFC START，其中执行输出电压斜坡功能即soft start。当斜坡完成并且输出电压等于430 V DC。然后，启用前馈占空比控制，下一个状态为PFC ON。如果处于上述任何一种状态，则确认故障情况后，系统将被迫进入PFC STOP状态。每60KHz HRTIM触发ADC中断，而电流PI控制每20Khz一次，每100HHz 计算一次电压控制，每2KHz计算输入电压频率。

图六 韧体架构

►场景应用图

►产品实体图

►展示板照片

►方案方块图

►核心技术优势

·全数位控制半无桥PFC

·STM32F334拥有高分辨率的PWM

·采用平均电流法控制以降低电流总谐波失真

►方案规格

·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