貝能研發(fā)的3.3KW雙向PFC/INV電源方案，采用Infineon的XMC1402F064單片機(jī)、碳化硅IMT65R048M1H、CoolMOS? IPT60R022S7和IPA80R1K4P7、隔離驅(qū)動(dòng)器2EDF9275F和2EDF7275F、以及準(zhǔn)諧振反激式控制器ICE5QSBG等關(guān)鍵器件。
該方案能夠根據(jù)功率流向的不同，執(zhí)行AC/DC的功率因數(shù)校正（PFC）功能或DC/AC的逆變輸出，以產(chǎn)生220Vac的交流電。該方案具備高效率和高功率密度的特點(diǎn)。 主要硬件構(gòu)成 主控單元 該方案的主控單元采用Infineon的XMC1402F064單片機(jī)，該芯片搭載ARM? Cortex?-M0處理器內(nèi)核，具備48MHz的主頻，主要針對(duì)成本效益高的嵌入式控制應(yīng)用領(lǐng)域。該芯片集成了27個(gè)定時(shí)器、8個(gè)脈沖寬度調(diào)制（PWM）通道、一個(gè)12位模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）、四個(gè)運(yùn)算放大器、兩個(gè)比較器以及ERU事件請(qǐng)求單元和USIC通用串行接口通道等豐富功能。 XMC1402F064的框圖 SiC MOSFET SiC MOSFET采用IMT65R048M1H，其導(dǎo)通電阻RDS(on)為48mΩ，漏極電流ID在25℃時(shí)為50A，在100℃時(shí)為35A，耐壓為650V，采用TOLL封裝。與D2PAK相比，TOLL封裝降低了熱阻抗，并且通過獨(dú)創(chuàng)的xt互連技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了更高密度的設(shè)計(jì)和更高的開關(guān)頻率操作，非常適合應(yīng)用于高功率到中功率系統(tǒng)中的圖騰柱PFC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。 CoolMOS? CoolMOS?采用IPT60R022S7，其導(dǎo)通電阻RDS(on)為22mΩ，漏極電流ID在140℃時(shí)為23A，耐壓為650V，采用TOLL封裝。該器件具有優(yōu)化設(shè)計(jì)以降低傳導(dǎo)損耗。IPT60R022S7在低開關(guān)頻率應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)了最佳的RDS(on)與成本的平衡。 隔離驅(qū)動(dòng)器 SiC的驅(qū)動(dòng)器采用2EDF9275F隔離驅(qū)動(dòng)器。該驅(qū)動(dòng)器采用150mil DSO-16封裝，專為高性能功率轉(zhuǎn)換應(yīng)用設(shè)計(jì)。其4A/8A的拉/灌雙通道柵極驅(qū)動(dòng)器能有效提高半橋器件CoolSiC? MOSFETs 650V的效率。37ns的短傳播延遲經(jīng)過溫度和生產(chǎn)考驗(yàn)，時(shí)序依然極為精準(zhǔn)穩(wěn)定，兩者進(jìn)一步提高了跨電氣隔離的功率級(jí)或多相/多電平拓?fù)涞男省９δ芨綦x使得2EDF9275F成為初級(jí)側(cè)控制的理想選擇。柵極驅(qū)動(dòng)器輸出的反向電流能力高達(dá)5A，共模瞬變抗擾度(CMTI)穩(wěn)健性可達(dá)150V/ns，適用于高dv/dt功率環(huán)路。 EiceDRIVER? 2EDF7275F適用于噪聲高的功率開關(guān)環(huán)境，高邊和低邊MOSFET主級(jí)側(cè)控制，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)健運(yùn)行。其4A/8A的拉/灌雙通道柵極驅(qū)動(dòng)器能夠在驅(qū)動(dòng)CoolMOS?或OptiMOS?等高壓和中壓MOSFET時(shí)進(jìn)行快速開關(guān)。兩個(gè)輸出通道均單獨(dú)隔離，可以靈活部署為浮動(dòng)?xùn)艠O驅(qū)動(dòng)器，具有150V/ns的極高CMTI（共模噪聲抗擾度）。 2EDF系列內(nèi)部框圖 反激控制器 低壓DC-DC隔離采用反激控制器ICE5QSBG實(shí)現(xiàn)，其支持共源共柵配置，并針對(duì)離線開關(guān)模式電源進(jìn)行了優(yōu)化。控制器采用改進(jìn)的數(shù)字降頻技術(shù)并支持專有準(zhǔn)諧振操作，因此通過降低高低壓線路間的開關(guān)頻率差，能在較寬的交流電壓范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)低EMI和高效率。增強(qiáng)型主動(dòng)突發(fā)模式為待機(jī)功率范圍的選擇提供了靈活性。此外，ICE5QSBG具有寬的供電電壓工作范圍(10.0～25.5 V)，功耗較低。控制器配備多種保護(hù)功能，如支持輸入過壓和欠壓保護(hù)的可靠線路保護(hù)，能在故障情況下為電源系統(tǒng)提供全面防護(hù)。 方案原理圖 MCU部分 SiC驅(qū)動(dòng)部分 MOSFET驅(qū)動(dòng)部分 反激式控制部分 PCBA 底板 控制板電源板 軟件說明 本方案采用無橋圖騰柱電路結(jié)構(gòu)，環(huán)路控制上采用了CCM平均電流控制模式，占空比前饋，具有快速響應(yīng)的特點(diǎn)。控制框圖大致如下： 軟件開發(fā)環(huán)境 實(shí)際測(cè)試 PFC波形：黃（輸入交流電壓）；綠（輸入電流）；藍(lán)（輸出直流電壓） PFC輸入輸出測(cè)試數(shù)據(jù)： INV波形：黃（輸出交流電壓）；綠（輸出電流） INV輸入輸出測(cè)試數(shù)據(jù)： 方案主要參數(shù)與特點(diǎn) 輸入電壓：PFC:85V~265Vac； INV:350~430Vdc 輸出電壓：PFC:390Vdc； INV:220Vac 最大輸出功率：85V~150Vac: 1.6kW； 160Vac~265Vac: 3.3kW； 400Vdc: 3kW 效率max: 98.5% 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：CCM totem-pole PFC 工作頻率: 115KHz PF值：>0.99@>20%負(fù)載
