芯干线科技三相5KW图腾柱无桥PFC电源方案

无论是大型商业建筑的中央空调系统还是热泵型的家用空调，热泵风机都起着关键作用。它可以快速调节室内温度，为用户提供舒适的室内环境。

芯干线科技推出的三相 5KW 图腾柱无桥 PFC 电源方案，以其高速的数据运算能力，让转换速度可达 6M以上。当将其应用于热泵风机时，借助高效的风机运行机制，可以在保证制冷或制热效果的同时，降低能耗，节省能源。

一、方案总体介绍

这款先进的电源方案是芯干线与瑞萨携手合作，通过共建的三代半数字电源研发实验室精心打造而成。其采用瑞萨 MCU 作为主控，实现了卓越的无桥 PFC 方案，具体规格如下：

1 、交流输入整流功能

3相输入相电压220V，频率45Hz到60Hz.输出电压700V额定电压。输出功率5KW.80K的开关频率，PF值0.99，THD小于5%.最高效率达到97%。

2 、离线逆变器功能

直流电压700V，输出3相相位相差120度的380V离线逆变器，输出功率5KW，开关频率80K.输出频率50Hz,THD5%,最高效率不低于97%。

二、5KW三相图腾柱PFC方案板图

本方案采用三相无桥的硬件拓扑结构，其开关管选用在业界拥有卓越口碑的南京芯干线品牌的 SIC MOS，具体型号为 X2M120075T4B。

该器件内阻 Ron 仅为 75mR，耐压高达 1200V，即便在 100℃的高温环境下，仍可稳定承受 28A 的额定电流。其门级输入电容 Ciss 为 1.2nF，能够支持高达 200kHz 的开关频率，并且内置了高性能的 SIC Diode，具备出色的冲击承受能力。在高压电能变换场景中，这些特性使其优势尽显，相较于 IGBT 更是有着显著的优越性。

三、方案优势

1、高速数据运算:主控制器Renesas的RA6T2BD3C为高性能数字电源专用控制器,主核工作频率为240MHz，ARM33核，并且具有浮点运算单元；

2、高分辨率PWM驱动:高达10个通道的通用PWM定时器，可以产生足够多的驱动来完成复杂的3相正弦波控制，能够以合适的开关频率提高产品的功率密度；

3、多达29个interwetten与威廉的赔率体系 转换输入通道，并且2个独立的AD转换器，转换速度可达6M以上，可以减少相位延迟，提高产品的稳定性;

4、三相图腾柱PFC拓扑:三相交流220V与母线电压大约700V，可以实现双向 AC-DC变换运行，并且使用空间矢量脉宽调制SVPWM威廉希尔官方网站 ;

5、利用RA6T2的AD采样确定3相电压的正负半周切换，使用软件锁相环去锁相采样电压与真实的电网电压同相且同频率，实现高功率因数的整流功能，软件过零检测电路用于检测电网电压状态。

四、工作原理

该方案的输出电压700V为设计目标，因此控制电路有两个目标。第一，要求将输出电压稳定在700V。第二，实现电网侧的电压和电流同相位。

利用锁相环得到三相电压实时的一个角度，如图1所示。

图1 PLL

将得到的角度参与到三相电压和电流的DQ坐标变换，得到Vd，Vq和Id,Iq。如图2所示。

图2 电压电流坐标变换

得到所有需要的参数之后，下阶段是控制输出电压稳定在700V。其系统结构控制框图如图3所示。

图3 前馈解耦PI控制系统框图

如图4所示为电压电流双环控制的一个仿真图，和图3原理一样。将给定700V电压与采集到的输出实时电压做差，经过PI计算得到的数值作为电流内环的给定值，再经过图3所示得控制原理得到Ud,Uq。Ud,Uq经过反变换得到α和β参与到SVPWM的控制中之后即可得到调节输出700V的所需的开关管占空比。

图4 双环控制框图

图5为电压调节过程整体图。

图5 电压调节整体图

图6为电压电流相位同步的过程

图6 三相电压与电流波形

图7为电压上升到700V的过程，可以看出此时PWM需要的脉宽较大，来维持电压上升的一个过程。

图7 PWM脉冲和输出电压上升波形

图8为输出电压稳定在700V的过程，看出此时PWM的脉宽减小，正弦度变化趋势的脉宽维持高功率因数输出。

图8 PWM脉冲和输出电压稳定波形

无论是住宅领域、商业建筑领域，还是工农业领域，温控系统中热泵风机的应用都非常广泛切起着关键的作用。

热泵风机能够有效地将热量在室内外进行交换，满足温控系统的需求。芯干线科技的三相5KW图腾柱无桥PFC电源方案的良好性能，将有助于温控系统热泵风机的的稳定高效运行。

南京芯干线的第三代宽禁带半导体聚焦于高效、高频、高密度应用领域，以无畏的创新精神勇当电力电子行业的先锋力量，不断推动行业威廉希尔官方网站 的进步与发展。