找方案 | 基于Microchip dsPIC33CK256MP506 高性能DSP开发的4KW图腾柱PFC数字电源方案
随着效率要求的逐步提高，无桥pfc得到越来越多的应用。而无桥pfc中，图腾柱pfc由于可以消除二极管的损耗而成为效率最高的pfc线路, 硅管做图腾柱pfc，只能做crm或者dcm，ccm下反向恢复损耗太大，效率没有优势。所以我们是用目前最新的gan功率开关器件来做，设计的是ccm totem pole pfc，pwm开关频率是66khz，辅助电源供电12vdc，输入电压85 vac to 270 vac, 47hz to 63hz ，pfc输出电压387vdc+/- 5 vdc。
此电路中的器件少，特别是单电感，适合高功率密度、高效率的设计。在交流输入电压的正负半周内，由于工频管d1/d2一直导通，所以不论d1/d2为快恢复二极管还是慢恢复二极管，此拓扑都天然的解决了emc问题。工频管d1/d2可以进行同步整流，从而也进一步提高了图腾柱无桥pfc的效率。
以前受到器件的限制，由于主开关管的体二极管的反向恢复特性较差，所以图腾柱无桥pfc只能工作在dcm，只适合中小功率的设计。要使图腾柱pfc能够工作在ccm模式，则需要用反向恢复特性极好的mosfet，比如gan fet、sic fet，或者需要对图腾柱电路进行变形才可实现。实现pfc，需要采样整流后的电压信号，ac馒头波； l>n的时候，可以正常采样；n>l的时候，n线电压将被钳位到输出电压。
我们主控制器
microchip dsp dspic33ck256mp506采样ac电压不是采整流后的电压信号，而是直接采样emi那部分的l和n线的电压信号，为了实现高pf值，有时需要对xcap进行一定的算法上的补偿。
此pfc电路可进行交错并联。交错并联可以有效的降低pfc变换器的功率密度，同时交错并联对效率的影响不大，其优点如下：
能够减小输入电流的纹波，从而减小前端emi部分中差模电感的体积。
能够减小输出电流的纹波，减小母线电容的容量和延长母线电容的寿命。
能够减小pfc电感的体积，降低了开关器件的平均电流应力。
通过一定的相位管理，能够提高轻载时pfc电路的效率。
pfc的控制方式一般采用的是电流内环，电压外环的双环控制方式。电压外环被用来调整输出电压，电流内环被用来控制输入电流。我们主控制器microchip dsp dspic33ck256mp506内部集成的数字电源专用零极点补偿算法函数，对pfc的电压电流环进行补偿运算，省去外围很多补偿器件。
在pfc电压环控制中，软件主要关注的就是gcv(s)--电压环的补偿函数。电压环带宽设计在10hz左右，避免对pfc输入电流的调制作用。
在pfc电流环控制中，软件主要关注的就是giv(s)--电流环的补偿函数，电流环带宽设计在1/10~1/20开关频率处，电流环带宽高，thd指标好。
pfc电路显著提高了电源模块的thd,pf等指标，改善了电网供电质量，是中大功率电源必不可少的关键电路。随着行业发展，高效高功率小体积是趋势，pfc电路扮演着越来越重要的角色。
►场景应用图
►产品实体图
►展示板照片
►方案方块图
►矿机电源
►核心技术优势
1、灵活的环路补偿算法控制：
主控制器microchip dsp dspic33ck256mp506内部集成的数字电源专用零极点补偿算法函数，对pfc的电压电流环进行补偿运算。
2、高速dsp运算：
microchip 高性能数字电源专用控制器dsp工作频率为100mhz，单指令周期运行。
3、电流连续模式控制ccm：
可有利于提高pfc值。
4、高分辨率pwm驱动：
pwm分辨率为250ps，开关频率选择66khz，以合适的开关频率提高电源转换效率，保证良好的emi特性。
5、专用adc内核与共享adc模块：
adc转换延时仅285ns。
6、采用gan管提高转换效率：
采用氮化镓高频化的无桥pfc后，体积大大变小，成本更有优势，大大减小了ccm模式下反向恢复损耗，效率也大大提高。
7、平滑的过零尖峰处理：
利用dsp控制零点正负半周切换时pwm启停时刻，在过零点提前关闭，在过零点延后开通。
8、支持usb通讯：
使用microchip mcp2221，可通过usb通讯进行在线升级和数据通信。
9、mplab x ide 图形化配置：
通过mplab x ide 的mcc插件，以图形化配置生成各类外设模块的初始化代码和底层驱动，可极大降低软件开发难度，减轻工程师的开发负担，常规应用无需看寄存器定义即可完成开发。
►方案规格
输入电压：ac 85v~270v
最大功率：4kw
输入电流：18a
输出电压：387vdc +/- 5 vdc
pwm 频率：66khz
转换效率：99%短时过载：19.8 a (rms) (2200 w at 115 vac, 4400 w at 230 vac)
usb在线升级：支持(使用mcc生成代码)
环境温度：小于50℃
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此电路中的器件少，特别是单电感，适合高功率密度、高效率的设计。在交流输入电压的正负半周内，由于工频管d1/d2一直导通，所以不论d1/d2为快恢复二极管还是慢恢复二极管，此拓扑都天然的解决了emc问题。工频管d1/d2可以进行同步整流，从而也进一步提高了图腾柱无桥pfc的效率。
以前受到器件的限制，由于主开关管的体二极管的反向恢复特性较差，所以图腾柱无桥pfc只能工作在dcm，只适合中小功率的设计。要使图腾柱pfc能够工作在ccm模式，则需要用反向恢复特性极好的mosfet，比如gan fet、sic fet，或者需要对图腾柱电路进行变形才可实现。实现pfc，需要采样整流后的电压信号，ac馒头波； l>n的时候，可以正常采样；n>l的时候，n线电压将被钳位到输出电压。
我们主控制器
microchip dsp dspic33ck256mp506采样ac电压不是采整流后的电压信号，而是直接采样emi那部分的l和n线的电压信号，为了实现高pf值，有时需要对xcap进行一定的算法上的补偿。
此pfc电路可进行交错并联。交错并联可以有效的降低pfc变换器的功率密度，同时交错并联对效率的影响不大，其优点如下：
能够减小输入电流的纹波，从而减小前端emi部分中差模电感的体积。
能够减小输出电流的纹波，减小母线电容的容量和延长母线电容的寿命。
能够减小pfc电感的体积，降低了开关器件的平均电流应力。
通过一定的相位管理，能够提高轻载时pfc电路的效率。
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在pfc电压环控制中，软件主要关注的就是gcv(s)--电压环的补偿函数。电压环带宽设计在10hz左右，避免对pfc输入电流的调制作用。
在pfc电流环控制中，软件主要关注的就是giv(s)--电流环的补偿函数，电流环带宽设计在1/10~1/20开关频率处，电流环带宽高，thd指标好。
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6、采用gan管提高转换效率：
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7、平滑的过零尖峰处理：
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8、支持usb通讯：
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9、mplab x ide 图形化配置：
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