通信电源

通信系统日趋复杂,各种不断扩展、多样性的负载供电需求也在不断增多。作为通信系统的心脏,通信电源是其必不可少的重要组成部分。为避免通信电路中断、通信系统瘫痪等故障,通信电源须具备稳定、小型、高效、可靠等特点。

在技术升级与应用范围拓展的推动下,通信电源正在通过智能化方式管理负载与效率的关系,对通信系统优化调控,实现了更多的适用性与灵活性,并确保长期稳定运行。

极海APM32F407通信电源方案以稳定性为前提,更确保方案整体的快速性、准确性与平稳性,单颗MCU即可对PFC单元和全桥LLC单元进行全面数字控制,实现整个负载范围的零电压开关,提高效率和可靠性。

该方案主控采用极海APM32F407高性能MCU,是一种数字控制的紧凑型隔离式AC/DC电源设计,包括两个主要功率单元:前端的升压型功率因数校正单元PFC,及后端的谐振 LLC 全桥隔离式DC/DC变换器单元,可在所有运行模式下生成适用于电源电子开关器件的 PWM 波形、变占空比、变开关频率、相移控制等。

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APM32F407通信电源方案实现框图

APM32F407通信电源方案工作过程如下:

APM32F407的ADC模块获取PFC单元的交流AC输入电压Vac-LN、电流Ig跟母线电压Vdc电流OCP的数字信号,并通过隔离采样获取LLC级的输出电压Vout电流、Iout数字信号。

上述数字信号在APM32F407内核强大浮点运算能力的支持下,实现单采样周期内PFC单元和LLC单元的环路计算、逻辑控制功能。

环路计算结果通过APM32F407的高级定时器模块输出PFC单元的定开关频率变占空比PWM波形,以及LLC单元的定占空比变开关频率的PWM波形,最终实现PFC单元的功率因数提升、升压功能以及LLC单元稳定输出电压和响应负载瞬态变化的功能。

APM32F407通信电源方案优势:

■32位Arm® Cortex®-M4F 内核,最高主频168MHz,支持PFC及LLC的环路控制;

■ 内置 3 个12位ADC,每个 ADC 最多有16个外部通道,支持 DMA,可以满足PFC+LLC通讯电源3通道电压跟3通道电流采集需求;

■ 2 个可以提供 7 通道 PWM 输出的 16位高级定时器 TMR1、TMR8,支持死区生成和刹车输入等功能,满足通讯电源PFC单元跟LLC单元5个开关器件的控制需求,并且刹车输入可在紧急情况快速停机保护器件免受损坏;

■ 4 个 USART、2 个 UART通信接口,可满足电源及上层系统的交互需求;

■ Flash容量最高为1MB,SRAM容量最高为192KB+4KB,满足程序存储和运算要求,并且有冗余便于程序扩展;

■ 内置备份寄存器,可灵活保存控制参数,无需外部EEPROM;

■ 支持交流电压AC90V~AC264V,频率50/60Hz,全电网兼容。

极海APM32F407通信电源方案支持整流输入电压电流、RMS输入电压电流、母线电压电源及输出电压电流的实时监控和快速保护,非常适合应用于商用网络和服务器、工业AC/DC电源、新能源、储能等场景。

来源:Geehy极海半导体

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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

“基于ST

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。

“基于ST

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

“基于ST

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.

“基于ST

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:

“基于ST

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

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▲ 场景应用图

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▲ 展示版照片

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▲ 方案方块图

核心技术优势

  • 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。
  • 主控MCU芯片STM32G474,全数字设计电源控制
  • 功率密度达: 40 W/in³
  • 满负载时高功率因数&总谐波失真 THD < 5%
  • 峰值浪涌电流<30A

方案规格

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

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