- 服务热线：
- 18123937129
SEARCH
SEARCH
上文我们介绍了NS3KW53V5P2L3数字电源节造参考设计的《系统与架构》、《硬件测试》等基础前提，本主我们重要介绍基于 SiC 的高效 3kW 两订交错图腾柱 PFC+三订交错 LLC 的《设计与实现》、《固件设计》、《硬件设计》等三部门。
本设计选取基于SiC MOSFET的交错图腾柱PFC拓扑，克服了传统拓扑中体二极管反向复原问题，实现了>99.2%的PFC级效能和极低THD。交错并联的重要优势在于：
●提升功率处置能力。
●优化轻载效能。
●减幼EMI滤波器和电感体积。
●降低输出电容RMS电流及体积需要。
如图 3-1所示，PFC 电路蕴含两对交错高快 SiC 桥臂(Q1-Q2, Q3-Q4)和一对工频 MOSFET 桥臂(Q5-Q6)＝谠煺绞跗揪菔淙氲缪辜郧谢还ぷ髂Ｊ剑
●正半周： Q2, Q4 主开关 ； Q1, Q3 同步整流 ； Q6 ？，Q5 常关。
●负半周： Q1, Q3 主开关 ； Q2, Q4 同步整流 ； Q5 ？，Q6 常关。
两相高频桥臂驱动信号移相 180° ,有效降低电流纹波。
图 3-1 PFC 道理图
表 3-1 PFC 电路参数
| 参数 | 测试前提 | 最幼值 | 通常值 | 最大值 | 单元 |
| Vin | 互换输入电压 | 176 | 220 | 264 | VAC |
频率 | 工频 | 47 | 50 | 63 | Hz |
| Vout | 输出电压 | 380 | 420 | 450 | VDC |
| 效能 | 99.2% | ||||
| Pout | 输出功率 | 3000 | W | ||
| iTHD | 总谐波失真 | <5%@50% Load |
本设计选取基于硅基MOSFET的三订交错Y-Y型半桥LLC谐振变换器，充分利用了LLC拓扑的优势：
1. 能够在全负载领域内实现原边开关管的零电压开明(Zero Voltage Switching, ZVS)，并且开关管关断时电流较 ；
2. 当开关频率高于谐振频率时，能够实现副边整流二极管的零电流关断(Zero Current Switching, ZCS) ；
3. 输出端选取电容型滤波，不必要滤波电感，副边整流二极管的电压应力较低，为输出电压 ；
4. 开关管的 dv/dt 很幼，能够改善电磁兼容机能。
针对多订交错的均流挑战，本拓扑通过断开原边半桥接地中线和副边变压器中线，强造三相电流和为零，有效实现均流。
针对副边整流二极管的导通损耗较高问题，选取整流MOS管代替整流二极管，解决二极管导通损耗问题。
图 3-2 Y 对 Y LLC 道理图
界说Lr与Cr 的谐振频率为fr，其表白式为:
界说开关频率为fs ，LLC重要工作在fs < fr模式下，开关周期被划分为6个模态，三相驱动信号互差120°,确保：
l 谐振电流和：
iL r1 + iL r2 + iL r3 = 0
l 副边电流和：
iL s1 + iL s2 + iL s3 = 0
l 励磁电流和：
iLm1 + iLm2 + iLm3 = 0
在fs<fr模式下，副边整流MOS管实现天然ZCS关断，原边开关管利用励磁电流和结电容谐振实现ZVS开明。
表 3-2 LLC 电路参数表
图 3-3 N32H474 系列 MCU 系统资源总览
N32H474系列MCU选取先进的40nm造程，该芯片基于ARM Cortex-M4F内核设计，最高工作主频
240MHz，支持浮点运算和 DSP 指令，提升了数据处置快率和复杂运算能力，其125ps分辨率的SHRTIM和4个独立12bit 4.7MSPS的ADC，可满足多种复杂拓扑结构，矫捷配置PWM。
MCU主题个性：
● 高机能，实季节造电源机能
■ 240MHz @ARM-Cortex-M4F 机能达300DMIPS
■ 内置硬件数学函数加快器Cordic，支持整点和浮点运算
■ 内置FMAC,支持FIR和IIR加快
● 高集成度仿照器件，简化硬件设计
■ 4x 12-bit 4.7Msps ADC，最多支持51个通路
■ 8x 12-bit DAC
■ 7x COMP，肆意比力器输出可内部衔接到肆意一个FAULT或EEV输入
● 高精度按时器，为数字电源提供了保险
■ 1x 16-bit SHRTIM ，12x PWM(125ps), 相位可调，10个表部输入事务，可肆意I/O映射
■ 3x 16-bit ATIM，每一路ATIM支持6个独立通路，其中4个通路支持4对互补PWM输出
● 丰硕且可肆意配置的表设接口，支持多节点同步节造
■ 8x U(S)ART，其中3个UART支持肆意I/O映射，硬件级485使能驱动
■ 3x CAN-FD ，支持肆意I/O映射
NS3KW53V5P2L3拥有优良的机能指标。重要原因在于N32H474系列MCU集成了多项专为高机能数字电源设计的先进个性，这些个性在NS3KW53V5P2L3参考设计中阐扬了关键作用，直接转化为显著的系统优势
3.3.2.1 125ps 超高分辨率：实显欷秒级节造精度，显著滑润输出波形
● N32H474个性: 提供业界当先的125ps级PWM分辨率，允许极其精密的频率和相位节造。
● NS3KW53V5P2L3优势: 此超高分辨率显著降低了输出电压纹波峰峰值。在LLC谐振变换器中，精密的频率节造对于精确调节输出电压至关沉要，125ps分辨率使得开关频率的微调越发精准，有效滑润输出波形，减幼输出电容应力和系统噪声。同时，对于交错PFC和LLC相位的精确移相节造（180°和120°) 也至关沉要，确保最佳的均流和纹波抵消成效。
3.3.2.2 充足的 PWM 通路数与 ADC 通路数：实现单芯片节造整个系统
● N32H474个性: 提供多达12通路（或6组互补）的高分辨率PWM输出。提供4个独立、高快（4.7MSPS）的12位ADC ，每个 ADC 多达 16 路表部单端输入通路。且ADC支持差分模式。
● NS3KW53V5P2L3优势: 该资源组合使得仅需一颗N32H474 MCU芯片就能齐全节造整个系统，蕴含两订交错图腾柱PFC（至少必要4路互补PWM驱动高频SiC桥臂）和三订交错LLC（必要6路互补PWM驱动原边半桥）。同时，丰硕的ADC通路满足了系统对互换输入电压、PFC母线电压、PFC两相输入电流（差分采样）、LLC三相原边电流、输出电压（差分采样）、输出电流（差分采样）、多个温度点等关键参数的采样需要，无需表扩ADC或复杂的多芯片规划，简化了系统架构，降低了BOM成本和设计复杂度。
3.3.2.3 自动延长的死区节造：实现逐周期 ；び敫丛，保险舷陆续靠得住运行
● N32H474 个性：SHRTIM 支持通例死区天生单元，也可通过自动延长实现死区节造。自动延长的死区节造可实现逐周期 ；び敫丛 。图 3-4 为自动延长实现死区节造的工作波形示例。
● NS3KW53V5P2L3 优势：逐周期 ；な迪至斯β势骷零销毁风险。逐周期复原实现了故障后无缝自愈运行。
图 3-4 自动延长实现死区节造示例
CMP3 界说 CHA1 的占空比。
前沿死区功夫：由 CMP1 天生（CHA2 在 TimerA 周期复位，CHA1 在 Timer ACMP1 上置位）。
后沿死区功夫：CMP2 自动延长模式天生后沿死区功夫。
没有过流时：CMP3 触发自动延长模式，以便在 CMP2 界说的死区功夫之后置位 CHA2 输出。
有过流时：自动延长模式由 SHRTIM_EXEV8 输入触发，并在 CMP2 界说的死区功夫之后置位 CHA2。为了取缔这个置位要求，同时发出一个复位要求，在自动延长模式下使用 CMP4 寄放器。与置位要求相比，复位要求拥有更高的优先级，因而 CHA2 输出维持低电平。
3.3.2.4 32bit 突发模式计数器：支持更长空载空闲功夫，降低空载时功耗
● N32H474 个性： 突发模式，可在空载前提下周期性地暂？夭僮。32 位突发计数器，可支持超长的开关暂停功夫。图 3-5 为突发模式工作波形。
● NS3KW53V5P2L3优势: 在系统空载状态下，32位突发模式计数器让数字电源有超长的“休息” 功夫，显著降低了空载时功耗，提升了整个负载领域内的均匀效能，满足严苛的能效尺度要求。
图 3-5 突发模式工作波形
系统在非空载时处于突发模式的RUN状态，陆续发波 ；在空载时处于突发模式的IDLE状，暂停发波。突发模式计数器处于[0, SHRTIM_BMCMP]时，处于突发模式IDLE状态，突发模式计数器处于
(SHRTIM_BMCMP, SHRTIM_BMPRD]时，处于突发模式RUN状态。32位突发模式计数器支持超长IDLE功夫。
3.3.2.5 表部事务和比力器的急剧响应：硬件级高实时性 ；ぶ牢安全防线
● N32H474 个性：
■ 从比力器 COMPx_INP 输入引脚到 SHRTIM_CHxy 输出引脚的传输延长：22ns。
■ 从表部事务 SHRTIM_EXEVx 数字输入到 SHRTIM_CHxy 输出引脚的传输延长（30pF 负载）：11ns
● NS3KW53V5P2L3 优势：
结合高快比力器（COMP）和表部事务的低传输延长，可用于实现极急剧的硬件过流 ；ず凸贡
护。当检测到严沉的过流或过压故障时（例如LLC原边或PFC开关管电流尖峰），无需期待软件中断处置，硬件能在几十纳秒内直接关断有关PWM输出，有效预防功率器件因过应力而败坏，大幅提升系统鲁棒性。
3.3.2.6 ADC 数字过采样：实现精度跃升，深杜着化输出纹波
● N32H474 个性: ADC 支持数字过采样职能。
● NS3KW53V5P2L3 优势：ADC 过采样职能允许在不增长表部滤波电路的情况下，通过数字方式有效提升 ADC 的有效位数(ENOB)。例如， 通过 16 倍过采样，理论上可将 12 位 ADC 的有效分辨率提升约 2位。这在 NS3KW53V5P2L3 中用于对输出电压进行高精度采样。更高的 ADC 分辨率有助于进一步降低输出纹波峰峰值，并提升环路不变性。
3.3.2.7 关键职能引脚全映射：降低规划迁徙成本，提升硬件设计容错性
● N32H474 个性：对关键职能支持全映射：
■ 表部事务可肆意 IO 全映射
■ 肆意比力器可内部衔接到肆意一个故障或表部事务
■ 3 个 UART 可肆意 IO 全映射
■ 3 个 CAN-FD 可肆意 IO 全映射
● NS3KW53V5P2L3 优势：
可维持已有规划 PCB 布局不变，仅通过软件配置引脚职能，缩短迁徙周期。同时硬件设计若出现布线谬误，可通过软件沉路由复原，预防板级返工。
MCU 固件基于 Hunter OS 平台开发。本章介绍若何基于 Hunter OS 平台开发 NS3KW53V5P2L3 PFC+LLC数字电源。
Hunter OS 是一款专为实季节造设计的高靠得住性嵌入式操作系统。
● 它基于非抢占式的功夫片轮询机造，依附硬件中断驱动调度，确保极高的执行不变性
● 创新性地为数字节造的框架进行了高度抽象，降低了软件设计门槛
● 出格引入图形化调试工具，突破传统 JTAG 调试器操作方式，初次支持对 PID 参数进行全域波形可视化整定，显著提升调试效能设计指标强调“高效交付 + 用户主控权”。
● 激励用户深度参加开发，摒弃“交钥匙”式封关实现
● 可视化工具支持急剧参数调试
● 提倡经验沉淀与复用，实现“授人以渔”
Hunter OS 提 供 完 整 的 文 档 集 。 包 括 《 CN_UM_Hunter_OS_User_Mannual 》 、《 CN_UG_Hunter_OS_DebugTool_User_Guide 》 、《 CN_UG_Hunter_OS_Graphic_User_Guide 》 以及《CN_UG_Hunter_OS_Dev_Board_User_Guide》。有关 Hunter OS 具体内容请参考上述文档。
图 4-1 Hunter OS 架构图
Hunter OS 选取四层架构设计，以职能簇为主题单元。系统架构蕴含：工具链层、利用层、职能簇接口
层、基础软件层（BSW）。其中工具链层、职能簇接口层和基础软件层（BSW）为通用部门，为数字节造类客户提供通用框架。APP层为定造化部门，凭据分歧数字电源利用而有所分歧，但Hunter OS也提供了
APP层的初始框架，客户在APP初始框架中填入定造化内容。
Keil打开工程后，出现的法式文件结构如图 4-2 所示。
图 4-2 法式文件结构
Hunter OS文档集已对通用框架部门的代码有具体解说。本文着沉针对NS3KW53V5P2L3 PFC+LLC解说APP部门的代码设计。
APP层代码的重要内容
1. 初始化MCU表设，注册工作函数以及系统参数初始化
此部门代码位于Project_main.c文件的APP_InitTask函数中
2. 各工作函数的实现
此部门代码也位于Project_main.c文件
下面分化介绍表设引脚职能界说和工作函数设计。
表 4-1 MCU 关键表设引脚界说
Hunter OS 的工作运行在按时器的中断服务函数中， 利用按时器的按时职能周期性执行。设计了四个周期性工作：50μs 工作（Task_50us）、1ms 工作（Task_ 1ms）、10ms 工作（Task_ 10ms）、125ms 工作（Task_ 125ms）。硬件故障工作（Hard_Fault）在产生硬件故障时触发。
下面别离介绍各工作的职能。
4.2.2.1 50μs 工作
职能定位：高优先级实季节造与采样
● 工作内容：
o 实现所有关键仿照量（电压、电流等）的 ADC 采样数据处置与滤波。
o 实现 PFC 和 LLC 的电流/电压环关环节造（PID/PI 算法），并动态调整节造参数（PFC 和 LLC 的PWM 占空比、频率等节造量）。
o 推算输入电压过零点，实现 PFC 同步整流节造。
o 处置高频 ；ぃㄈ绻鳌⒐沟龋┖痛蜞媚Ｊ降却刮＝谠。
o 采集并上传关键波形数据到上位机 Graphic 工具（如输入电压、指标电流、PWM 占空比、现实电流等）。
● 法式流程：
o ADC 采样与滤波，更新 MachineParameter 结构体。
o PFC/LLC 节造环算法运算，输出节造量。
o 过零检测与同步整流节造。
o PWM 参数实时更新。
o 高快故障检测与处置。
o 波形数据上传至上位机 Graphic 工具。
4.2.2.2 1ms 工作
职能定位: ；せ煊 RMS 推算
● 工作内容：
o 推算输入/输出电压、电流的 RMS 值，更新有关参数。
o 统计有功功率、能量等计量数据。
o 实现各类 ；ぶ澳埽ㄈ缡淙/输出过压、欠压、过流、短路等），并设置相应的故障标志。
o 守护部门状态机变量和延时计数。
● 法式流程
o RMS 与有功功率推算。
o ；で疤崤卸嫌牍收媳曛旧柚。
o 轻微故障状态同步。
4.2.2.3 10ms 工作
职能定位：主状态机与系吐澉程调度
● 工作内容：
■ 实现电源主状态机（PowerOFF 、Selftest 、PowerInit 、PowerON 、SoftStart 、Running 、SoftOFF、 PowerDown 等）的流程切换。
■ 处置开关机号令、自动开机、故障自动复位、复原出厂设置、EEPROM 体式化等系统治理职能。
■ 软启动、软关断过程的参数递增/递减，实现滑润启动与关断。
■ 运行时动态调整指标电压、电流、PFC 母线电压等。
■ 守护汗青运行功夫、累计运行功夫等统计量。
■ 处置部门硬件状态与批示灯逻辑。
● 状态机
图 4-3 10ms 工作状态机
4.2.2.4 125ms 工作
职能定位：慢快监控、参数刷新与硬件配置
● 工作内容：
o 定期读取 RTC 功夫，守护系统时钟与汗青运行功夫。
o 刷新系统参数（如电压、电流、温度、功率等）到参数表，供上位机 DebugTool 监控与纪录。
o 调试模式下动态调整 PWM 频率、占空比、硬件 ；ゃ兄档抛布参数。
o 实现调试模式下的直接硬件节造，便于开发与测试。
o 实现温度监控、过温降额、过温/低温 ；さ嚷毂 ；せ。
o 刷新故障、忠告、提醒等状态字，便于系统诊断。
o CAN 总线健全监测与自动沉启。
o 处置汗青极值纪录、故障信息保留与提取、分路下电等辅助职能。
● 法式流程：
o 功夫治理与 RTC 同步。
o 系统参数刷新与上传。
o 硬件参数动态调整。
o 调试模式下的硬件直控。
o 温杜纂降额 ；。
o 状态字与故障信息同步。
o CAN 总线与批示灯治理。
4.2.2.5 硬件故障工作
职能定位：故障产生时，触发 ；
硬件故障工作注册到比力器中断中，比力器检测硬件故障。故障产生时触发硬件故障工作。
● 工作内容：
o 关机所有开关
o 设置故障标志
o 关关比力器阈值检测中断
图 5-1 PFC 主功率部门
图 5-2 PFC 开关管部门
图 5-3 PFC 采样与过流 ；さ缏
图 5-4 LLC 主拓扑
图 5-5 LLC 的驱动电路
图 5-6 原边辅助电源
图 5-7 副边辅助电源
● 尽量削减蕴含高频开关电流的功率蹊径电路的环路面积和线路长度。
● 尽可能缩短开关节点。短且最佳的线路宽度会削减寄生电感引起的感应振铃。
● 让拥有高 dv/dt 电位和高 di/dt 能力的迹线远离敏感信号，并且要有足够的爬电距离和接地屏蔽。
● 维持每个电源级的电源接地和节造接地分隔。
● 将 TVS、缓冲器、电容器或二极管等 ；ぷ爸酶橹迷诳拷 ；さ纳璞傅牡匚，并将其衔接到电源线上。并用短线布线以削减电感。
● 将驱动器器件尽可能靠近功率器件，以最大限度地削减栅极驱动器输出引脚与功率器件栅极之间的大电流线路长度。
● 将 VDD 与 GND 之间的 VDD 旁路电容器尽可能靠近驱动器，并尽量削减走线长度，以提高噪声滤波成效。
● 尽可能削减接通和关断电流回路蹊径（驱动器设备、功率 MOSFET 和 VDD 旁路电容），以尽量削减杂散电感。
● 通过从一个电流环路到另一个电流环路的星形点接地，将噪声耦合降至最低。将驱动器 GND 与其他电路节点（如电源开关源或 PWM 节造器接地）单点衔接。衔接蹊径必须尽可能短以削减电感，尽可能宽以削减电阻。
以上为基于国民技术N32H474REL7 芯片实现的数字电源节造器规划介绍，如有必要获取更多资讯，能够与LETOU乐投科技有限公司获得联系可免费获取技术支持与参考设计。
扫二维码增长微信
关注微信号，惊喜等你来
x