基於無橋圖騰柱架構與SCR浪湧限流，以ST SiC MOSFET與STM32F334設計的3.6 kW PFC 數位電源方案: STEVAL-DPSTPFC1

STEVAL-DPSTPFC1 3.6 kW無橋圖騰柱(bridgeless totem pole)升壓電路可透過浪湧電流限制器（ICL Inrush Current Limiter）實現數位功率因數校正（PFC）。

它可幫助您使用最新的ST電源套件設備設計創新的拓撲：碳化矽(SiC) MOSFET（SCTW35N65G2V），晶閘管SCR（TN3050H-12WY），隔離式FET驅動器（STGAP2S）和32位MCU（STM32F334）。該方案以72 kHz運行的緊湊型轉換器,具有高峰值效率,97.5％，低總諧波失真 THD ( Total Harmonic Distortion ) ,3.7％, 並減少了材料清單。

它實現了一種堅固的電路，可滿足高達4 kV的EMC標準，從而提供了高開關壽命並減少了EMI輻射。用作交流線路極性切換器的晶閘管SCR可以在加電或線路下降恢復時實現電流限制：PFC效率最佳，並且不會發生EMI效應。該解決方案包括具有無橋圖騰柱升壓功能的電源板（帶有浪湧限制器電路，開關驅動器和輔助電源），帶有其MCU的控制板，PFC / ICL控制固件，以及用於MCU軟件調試的適配器板。

該解決方案適合需要緊湊佈局和高質量功率因數校正的應用：

• 電池充電器
• EV車載充電
• UPS和工業充電器，
• 工業中的SMPS
• 數據中心和電信環境

 

它使用以下ST電源IC：

• 1200 V，30 A汽車級晶閘管(Thyristor)（TN3050H-12WY）
• 650 V，35 A，SiC功率MOSFET（SCTW35N65G2V）
• 1700 V，4 A，電隔離單柵極驅動器（STGAP2S）
• 帶有DSP和FPU指令的STM32F3混合信號MCU（STM32F334）
• 節能的離線高壓開關穩壓器, 用於輔助電源供應轉換器（VIPER26LD）

方案設計重點說明如下:

圖騰柱Totem-Pole配置通常用於PFC拓撲中以實現高效率和高功率密度

PFC控制演算法

數位控制浪湧電流限制（ICL）

 

浪湧電流限制器（ICL Inrush Current Limiter）使用繼電器,熱敏電阻及SCR 的比較:

繼電器和熱敏電阻	SCR
+繼電器可以通過簡單的電路驅動 -繼電器在切換時引起可聽見的噪音 -繼電器金屬觸點老化 -充電時間慢	+除掉占空間的繼電器和熱敏電阻(PTC / NTC) +沒有線圈和繼電器的傳導損耗 +更快的啟動過程 +斷線恢復時的主動電流限制 -需要精確的SCR脈衝時序

交流過零時電流穩定的設計挑戰

STSW-DPSTPFC1FW固件控制STEVAL-DPSTPFC1 3.6 kW無橋圖騰柱(bridgeless totem pole )升壓電路。

它運行在STM32F334微控制器上，透過控制電路板啟動時的浪湧電流, 達到效率，總諧波失真THD，功率因數和可靠性方面提高性能。

固件在上電時或板子復位後立即可用。

STSW-DPSTPFC1FW提供了一個配置和控制參數（SCR開啟延遲步長，保護閾值(thresholds)和電流/電壓控制器係數）的環境。

該固件包基於STM32CubeMX（v 4.22），並且是為IAR / EWARM工作區（版本7.70）設計的。

https://www.st.com/en/embedded-software/stsw-dpstpfc1fw.html

重要零件

SiC功率MOSFET及柵極驅動器