高效稳定丨四款基于高性能MCU开发的数字电源方案

发布时间：2024-12-11 阅读量：1843 来源: 我爱方案网作者: bebop

数字电源控制核心主要用于实现数字电源的各种控制算法，常用的数字电源控制核心有MCU、DSP、FPGA等。DSP芯片的优点是处理能力强、运算速度快、精度高，缺点是价格较高，典型的DSP有TI的TMS320系列、ADI的Blackfin系列等。

FPGA芯片的优点是具备可编程性且应用灵活，可以实现多种电源控制算法和输出参数的调整，缺点是设计和开发难度较大，成本也相对较高，典型的FPGA有Xilinx的Spartan系列、Altera的Cyclone系列等。

MCU芯片的优点是价格便宜，缺点是处理能力和运算速度相对较低，典型的MCU有基于ARM Cortex-M系列的STM32系列、小华的HC32F334系列等。

作为小华半导体首款数字电源SoC产品，HC32F334适用于电源、变频设备、楼宇自动化和工业驱动等应用。其中的集成FPU的120MHz ARM M4 内核、硬件加速器和特定功能配置，可以帮助电源设计师实现更高性能、更经济的电源控制功能。

其它参数方面，HC32F334针对数字电源应用集成了丰富的行业特定外设，如12路130-ps高精度PWM，36路普通PWM，集成3个12-bit 2.5MSPS ADC、支持高达22路输入采样，3个DAC，3个比较器，集成捕获单元，16个可编程逻辑单元PLA，兼容5V-tolerant GPIO等；集成丰富的通信接口：4*USARTs，1*SPI，1*I2C，3*LIN，2*CAN-FD。

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下面我爱方案网将推荐国内外性能领先的即插即用数字电源方案PCBA及其技术实现方式，以作参考。

意法半导体3 kW 全桥 LLC 谐振数字电源方案

方案简介：

一款数字控制的3 kW全桥LLC谐振DC-DC转换器，具有输出同步整流功能。该套件由电源板、数字控制板、适配器板和固件模块组成。

LLC转换器的全桥初级部分基于MDmesh DM2功率MOSFET，可实现高效率性能。PWM开关频率通过数字控制来调节输出电压。该转换器在接近谐振的频率下工作，以最大限度地提高效率，并在整个工作范围内实现零电压开关（ZVS）。

数字控制板上的STM32F334微控制器嵌入了高分辨率定时器，可实现更精细的调节，并可通过 USART、CAN、SMBus 和光耦合串行通信来传输状态信息。

方案特点：

额定功率：

输入直流电压：375 V 至 425 V
输出电压：48 V
最大输出电流：62.5 A
输出功率：3 kW
峰值效率：95.3%
高频变压器隔离电压：4 kV

谐振和开关频率：

最大DC-DC开关频率：380 kHz（启动时）
闭环开关频率：120kHz 至 250kHz
谐振频率：175 kHz

保护机制：

输入和输出端的欠压和过压保护
过热保护
短路保护
根据输出功率和温度调节空气流速的强制冷却

效率：

自适应同步整流
轻负载突发模式

应用场景：

通信电源，服务器电源，PV储能电源，UPS不间断电源

小华HC32F334 3kW 两相交错全桥LLC方案（参考设计）

方案简介：

交错式LLC电源拓扑能大幅度降低LLC输出电流纹波，可以减少输出侧滤波电容，从而减少系统体积；扩大单相LLC变换器的输出功率容量，相比直接并联，多相交错后相间易于均流；轻负载时还可以以单相全桥模式工作。所以已经广泛应用在中大功率工业领域。小华HC32F334专用数字电源控制器结合了交错LLC的发波时序和保护需求，完全自主开发设计，支持12路130ps高精度HRPWM。

方案特色：

输入电压：DC 380-420V

输出电压：DC 48V

功率：3000W

峰值效率：97%

谐振频率：132K

两相均流度：＞95%

输出纹波：＜1%

应用场景：

AC/DC、DC/DC数字电源应用，如通信与服务器电源、砖块电源、微逆、充电桩DC/DC等。

EV交流充电桩方案

面向EV交流充电桩市场需求，极海采用基于Cortex-M4F内核的高适配型APM32F411系列MCU实现应用。该芯片具有高速运算能力，可满足系统精确的电源管理与充电控制需求；具备多种工作模式，实现灵活的充电桩运行控制；拥有丰富的高精度外设资源，以实现对系统参数的高精度监控，并简化系统设计。凭借APM32F411系列MCU优秀的产品特性，可满足市场对充电桩应用在功耗、性能、性价比等方面的综合需求。

方案特点

该方案主要应用于6.6KW交流智能家桩/小区共享桩/商业停车场/企事业单位停车/汽车租赁/运营商停车等场合，主要特点：

高效可靠充电管理

■ 交流充电功能，支持单枪充电（可扩展到双充14KW），最大6.6KW充电

■ 过流、短路、过压、欠压、漏电、防雷击、充电、联机中断保护功能，板载隔离器件、保险丝、漏电保护器，保障器件安全及系统稳定性

■ 采用专用AC/DC辅助电源模块，实现稳定供电

■ 设有故障紧急停充功能

先楫HPM6280电源LLC方案

方案简介：

基于HPM6280高性能CPU实现400VDC转48VDC,功率1500W,效率达到了96%以上，实现400VDC转1500VDC,功率1500W,效率达到了96%以上

方案特点：

150-300K的PWM调制频率，CPU资源占用不到30%

应用场景：

服务器，光伏并网

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