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基于ST STM32G474RBT6 MCU的数字控制3KW通信电源方案

由 cathy 提交于

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STDES-3KWTLCP参考设计针对5G通信应用的3 kW/53.5V AC-DC转换器电源，使用完整的ST数字电源解决方案。

电路设计包括前端无桥图腾柱PFC和后端LLC全桥架构。前级图腾柱PFC提供功率因数校正（PFC）和谐波失真（THD）抑制，后记全桥LLC转换器提供安全隔离和稳定的输出电压。

该参考设计为高效率紧凑型解决方案，在230 VAC输入时，测量峰值效率为96.3%，低THD失真（满载时小于5%THD）并减少了材料成本。

外形尺寸为105 mm x 281 mm x 41 mm，功率密度高达40 W/in³。

该电源由两个功率级组成：一个由STM32G474RBT6 MCU 控制的无桥图腾极PFC, 以及次级 由另一个 STM32G474RBT6 MCU 控制的全桥LLC+同步整流（SR)。

STDES-3KWTLCP还可以帮助用户使用ST最新的功率器件：第三代半导体SIC MOSFET、高压MDmesh MOSFET、超结MOSFET、隔离MOS 驱动器和VIPer系列辅助电源。

使用STM32G474RBT6 MCU 控制的前级无桥图腾柱PFC 实现原理如下图

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2022-09/wen_zhang_/100563554-268432-1.png&…; alt=“基于ST STM32G474RBT6 MCU的数字控制3KW通信电源方案" /></center>

图腾柱PFC的架构模型如下图，四颗MOS在MCU的控制下，交替导通，实现功率因数校正的目的，其中左侧两颗，必须使用第三代宽禁带半导体，如SIC，GNA，本案例中使用的是ST第二代SIC SCTW35N65G2V。

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2022-09/wen_zhang_/100563554-268433-2.png&…; alt=“基于ST STM32G474RBT6 MCU的数字控制3KW通信电源方案" /></center>

使用STM32G474RBT6 MCU 控制的LLC + SR 实现原理如下图：

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2022-09/wen_zhang_/100563554-268434-3.png&…; alt=“基于ST STM32G474RBT6 MCU的数字控制3KW通信电源方案" /></center>

全桥LLC 的架构模型如下图，初级侧四颗高压MOS 使用ST低损耗的M6系列超结MOSFET ---STW70N65DM6 ，次级侧四颗低压MOS使用 STL130N8F7, SMD 5*6mm封装，导通阻抗3mR.

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2022-09/wen_zhang_/100563554-268435-4.png&…; alt=“基于ST STM32G474RBT6 MCU的数字控制3KW通信电源方案" /></center>

后级LLC转换部分，各主要功率器件的分布如下，结构非常紧凑：

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2022-09/wen_zhang_/100563554-268436-5.png&…; alt=“基于ST STM32G474RBT6 MCU的数字控制3KW通信电源方案" /></center>

12--高压MOS STW70N65DM6
13--谐振电感
14--谐振电容
15--主变压器
16--次级同步整流低压MOS
17--输出电容
18--MCU控制小板

<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2022-09/wen_zhang_/100563554-268437-6.jpg&…; alt=“▲ 场景应用图" /></center><center><i>▲ 场景应用图</i></center>
<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2022-09/wen_zhang_/100563554-268438-7.jpg&…; alt=“▲ 展示版照片" /></center><center><i>▲ 展示版照片</i></center>
<center><img src="http://mcu.eetrend.com/files/2022-09/wen_zhang_/100563554-268439-8.jpg&…; alt=“▲ 方案方块图" /></center><center><i>▲ 方案方块图</i></center>

<strong><font color="#4e5e9e">核心技术优势</font> </strong>

<ul>
<li>采用ST SIC MOS（宽禁带第三代半导体）， 高温低阻，低开关损耗，低体二极管反向恢复电荷。</li>
<li>主控MCU芯片STM32G474，全数字设计电源控制</li>
<li>功率密度达: 40 W/in³</li>
<li>满负载时高功率因数&amp;总谐波失真 THD &lt; 5%</li>
<li>峰值浪涌电流&lt;30A</li>
</ul>

<strong><font color="#4e5e9e">方案规格</font> </strong>

<ul>
<li>输入电压：90~264V</li>
<li>输入电压频率：47~63HZ</li>
<li>输出电压：53.5V</li>
<li>输出功率：3000W</li>
<li>功率因数&gt;0.98 @满负载 </li>
<li>峰值效率 96.3%</li>
</ul>

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