電源設計十大要點（電源設計實戰系列）

2023-04-19 17:39:21 2

關於數字電源設計，很多電源工程師工作中會遇到不同的問題。其實找到問題的根源，才能對症下藥。下面給大家分享幾篇不錯的文章，供大家學習~

數位化實現之：全橋LLC控制（作者：Westbrook）

本章節主要介紹全橋LLC拓撲及其控制方法。其實半橋和全橋並沒有本質的區別，都是諧振電路，半橋是一個橋臂，全橋是兩個橋臂，先比於半橋，半橋具有以下優點：

1.兩個周期都從母線電容取電，減少了母線電容的峰值電流，母線電容紋波更小，壽命更長；

2.實現更大功率的輸出；

3.磁性器件工作在一三象限，利用率高，有利於磁芯器件的設計，同樣的磁芯器件能輸出更多的能量；

4.功率開關管的電流峰值更小。

LLC變頻模式下有三種工作狀態，分別為：

,

,

fs是工作頻率，fr是諧振頻率。

.

三種工作模式的工作狀態分別如下，

可以看出兩個橋臂的對管Q1&Q4驅動信號一致，Q2&Q3驅動信號一致，在這種工作狀態下對PWM外設比較好進行配置。為了後面實現調頻調寬功能，選擇推輓輸出模式，當PWM 工作在推挽模式下時，會使整個周期的時間加倍，因為每個周期發生兩次定時器匹配。下面是中心對稱模式的推輓輸出，此模式組合將PWM 緩衝區更新和中斷事件限制為每4 個時基周期發生一次。PWM1H&PWM1L作為開關管Q1&Q4的驅動，PWM2H&PWM2L作為開關管Q2&Q3的驅動。（佔空比D=50%）……

通向數字電源之路--進階（作者：wkhn）

用dsPIC33E系列dsp做的一個半無橋PFC電路，將會涉及到以下幾個問題：

1）半無橋電路的基本原理

2）Microchip官方提供的smps_control_library算法函數的使用

3）dsp內部40位累加器的小數表示方法

4）dsp中斷時，context寄存器切換

5）C代碼中，一些重要函數的分析

最近，在Microchip官網上找到了一個AC-DC電源資料，輸入90Vac--264Vac，輸出12V62.5A（750W）。電源前端PFC用了一個半無橋的PFC電路，DC部分用了一個全橋軟開關電路。

Microchip官網上提供了該電源完整的電路原理圖和PCB板圖，並且附有原代碼，供對數字電源感興趣的工程師研究學習。

本圖就是該電源的實機圖。

雖然，這樣一臺樣機從硬體到軟體的設計都能代表官方的最高水準，但對想進一步學習數字電源的工程師來說卻有一些問題：

1）做數字電源要動手實踐，要弄一臺樣機，沒有渠道，成本也高。

2）原代碼中有一些目前還用不到的功能，如：在線刷新DSP等。這些功能多少會分散對數字電源主要功能的關注。

3）雖然提供原代碼，但並沒有詳細的講解，讀起來非常吃力。

4）代碼不是用MCC生成的，代碼編寫的工作量較大。

因此，筆者在學習該代碼的過程中，以半無橋PFC為模板，自己重新繪製了PCB板圖，以MCC為基礎，重新編寫了代碼，dsp用的是dsp33ep128gs806。下面把筆者在此過程中的一些經驗與大家分享，如有不對之處，還望指正。

筆者根據官方的版本重新設計的原理圖

筆者根據官方的版本重新設計的PCB板圖

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分享數字電源常用的傳遞函數及其仿真應用（作者：Jallin）

本圖為視頻截圖

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開源之如何使用國產MCU編程（作者：liuxiaofei126）

之前一直使用ST的STM32F031單片機，但是由於疫情還是啥啥原因，ST的晶片價格漲得沒法看，因為我們是做產品，而且量比較大，ST的晶片就無法再用了，這個成本真的扛不起。於是在很多國產MCU裡面做了甄選，最終GD的因為新能優越，價格便宜獲選。GD32E230對標的STM32F031，實現了PIN TO PIN兼容，寄存器不是完全兼容，但是GD的主頻可以實現72M，這就很恐怖，STM32F031才48M，之前還得超頻到56M使用。不得不說,GD強！

僅僅對比固件庫，GD的庫函數封裝的比ST的庫要好很多，當然，ST現在主推HAL庫，這個HAL庫確實也很好。在使用串口之前同樣要配置引腳，時鐘。

void com_gpio_init(void) { rcu_periph_clock_enable(RCU_GPIOA); GPIO_af_set(GPIOA, GPIO_AF_1, GPIO_PIN_9); gpio_af_set(GPIOA, GPIO_AF_1, GPIO_PIN_10); gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_9); gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_10MHZ, GPIO_PIN_9); gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_AF, GPIO_PUPD_PULLUP, GPIO_PIN_10); gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_10MHZ, GPIO_PIN_10);gpio_mode_set(GPIOA, GPIO_MODE_OUTPUT, GPIO_PUPD_NONE, GPIO_PIN_8); gpio_output_options_set(GPIOA, GPIO_OTYPE_PP, GPIO_OSPEED_50MHZ, GPIO_PIN_8);GPIO_BOP(GPIOA) = (uint32_t)GPIO_PIN_8;GPIO_BC(GPIOA) = (uint32_t)GPIO_PIN_8;}

串口使用USART0，對應PA9和PA10，相當於STM32的USART1；配置USART時需要先復用PA9和PA10，使用gpio_mode_set配置IO口的工作模式、輸入輸出類型。gpio_output_options_set配置速度等參數。PA8為RS485的使能引腳……

DSP的硬體保護功能實現（作者：自在）

TMS320F2837x硬體保護方案

每個CMPSS模塊包含上下兩路比較器，由於使用相同的正極輸入，本次方案中僅使用其中的上路。系統共3路保護，暫定選擇CMPSS1~3模塊實現保護比較功能。

通過EPWM模塊生成觸發信號，並通過內部減法器改變DAC寄存器的值，實現鋸齒波輸出。在本方案中不需要使用此模塊。

比較器輸入分為正極輸入和負極輸入，正極輸入由外部引腳接入，負極信號可選擇12位DAC輸出或者外部引腳接入。

（1）正極輸入：將保護測量信號通過外部引腳直接接入比較器的正極。

（2）負極輸入：

① 外部引腳輸入，將參考電壓通過外部引腳直接接入比較器負極。

② 12位內部DAC

DAC參考電壓可通過寄存器選擇VDDA或者VDAC（與ADC引腳復用），DACHVALA寄存器的值決定DAC的輸出。

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數字電源產品去A化的思考（作者：楊帥鍋）

隨著美國對華為的制裁越來越收緊，最新的消息是所有有美國技術的產品都要得到許可才能銷售給華為。這不僅給我帶來一些思考，後面隨著制裁收緊，國內很多大公司可能都會受到打擊。我們電源行業作為2B的中間層，肯定會收到很多客戶的去A化硬性需求。那麼數字電源產品，該怎樣去A化呢?

我先說下我的一些考慮點：

1，磁件和磁材料：國內已經OK，橫店東磁，POCO等等。

2，超節MOS：已經有國產廠家已經在消費領域大面積應用，目前正在工業領域鋪開。

3，低壓肖特基二極體：國產和臺灣，日本，歐洲都有能供應的。

4，高壓碳化矽二極體：國產，日本，歐洲都有能供應的。

5，高壓碳化矽開關管：國產有幾家能做（東微半導體被華為投資了，還有幾家），日本和歐洲的有能供應的。

6，陶瓷電容：國產，日本，臺灣有。

7，高壓大容量薄膜電容：國產，日本，歐洲有。

8，IGBT或模塊，歐洲，日本，國產有。

9，繼電器，保險絲，安規電容：國產，日本，歐洲有。

10，電解電容器：國產，日本，歐洲有。

11，電流霍爾，以及模擬信號鏈：國產做的不錯，而且日本和歐洲也有。

12，驅動IC，驅動光耦：歐洲，國產最近也突破了，日本也有。

13，MCU，DSP：STM32G4系列，英飛凌XMC4000系列。國產：湖南長沙有一家做DSP 28335的。

14，時間有限，統計的不全，請各位見諒，大佬們可以幫忙補充。

從上面來看，基本上開關管和被動器件都可以用國產來替代。唯一麻煩的是在電源行業廣泛使用的TI C2000系列DSP將不能在使用，所有我這裡找到了ST的STM32G4和英飛凌的XMC4000系列。這兩個MCU都是ARM核，帶PFU，為電力電子的PWM控制優化了外設。在目前去A的背景下，可能這兩個MCU是比較可行的選擇。其中STM32G4系列，已經在老東家高斯寶電氣技術公司的產品上大批量應用了。XMC4000系列在電源行業中原諒我孤陋寡聞，使用的人還是比較少。

我簡單的看了下XMC4000系列的規格書，發現英飛凌的這個晶片為電力電子的應用還是做了很多優化和考慮的，如：3.3V單電源供電，PFU，最高滿足125°高溫工作，12位ADC，轉換時間低於500ns，最高150ps的PWM解析度。uart，can, spi, 等通信接口一應俱全。對於電力電子控制來說，最關心的還是ADC和PWM的外設的性能。我在它的規格書裡面看到這些功能：

1，可以檢測到ADC輸入是否斷路，有了這個功能就能直接判斷開環，對系統控制的可靠性有了很大的提升。

Broken-wire-detection (BWD) preloads the converter network with a selectable levelbefore sampling the input channel. The result will then reflect the preload value if theinput signal is no more connected. If buffer capacitors are used, a certain number ofconversions may be required to reach the failure indication level. (P16-29)

2， ADC的轉換結果限值檢測，比較遺憾的沒有TI那種基於模擬比較器的快速響應。

Compare with Standard Conversions (Limit Checking)The limit checking mechanism can automatically compare each digital conversion resultto an upper and a lower boundary value. A channel event can then be generated whenthe result of a conversion/comparison is inside or outside a user-defined band (seebitfield CHEVMODE and Figure 16-11).This feature supports automatic range monitoring and minimizes the CPU load byissuing service requests only under certain predefined conditions. (P16-31)

雖不夠完美，但是XMC4000提出了另外一種解決方法。就是快速比較，直接把輸入信號與寄存器中的數字量進行比較，如果不需要非常精確的值，用這種比較方式就會大幅度提升響應時間。

Utilizing Fast Compare ModeIn Fast Compare Mode, the input signal is directly compared to a value in the associatedresult register. This comparison just provides a binary result (above/below). If the exactresult value is not required, this saves conversion time. A channel event can then begenerated when the input signal becomes higher (or lower) than the compare value (seebitfield CHEVMODE and Figure 16-12).The compare value in Fast Compare Mode is taken from the result register. BitfieldsBOUNDARY1 and BOUNDARY0 in register GxBOUND (x = 0 - 1) define delta limits inthis case. These deltas are added to (or subtracted from) the original compare value andallow defining an arbitrary hysteresis band.

3，XMC4000系列ADC的一個我覺得最大的亮點，有了這個功能節約不少CPU的開銷：ADC的模塊裡面的ADC轉換結果處理模塊可以配置成FIR濾波器，並提供了3個可以配置的係數，通過加乘操作來實現FIR濾波，然後把處理完的結果放在寄存器中。FIR濾波器可以說是用的非常多的操作了，比如把多次轉換的結果加起來求平均就是FIR的一種應用，有了這個功能能把CPU在ADC濾波上的開銷節約出來……

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