瑞薩MCU（RA6T2）做主控的三相5KW圖騰柱無橋PFC方案介紹

瑞薩MCU小百科 2024-09-24 12:01

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本文轉(zhuǎn)載自芯干線科技

一

瑞薩全數(shù)字電源控制MCU簡介

瑞薩RA-T系列MCU是為電機和數(shù)字電源應(yīng)用而優(yōu)化的規(guī)格和產(chǎn)品系列，產(chǎn)品具有最佳結(jié)構(gòu)(ARM Cortex-M內(nèi)核， PWM定時器，A/D轉(zhuǎn)換器，比較器)，豐富的通信功能，利于系統(tǒng)控制拓展，有助于實時應(yīng)用的高速內(nèi)存和外圍功能保持高度兼容性。產(chǎn)品的電機控制加速器單元支持加速電流矢量控制、濾波操作并可以減少CPU負載以實現(xiàn)更多附加功能。同時瑞薩提供給客戶電機和數(shù)字電源各類解決方案，為客戶帶來縮短開發(fā)周期和加速產(chǎn)品上市時間的優(yōu)勢。其中瑞薩RA6T2群組是第二款針對電機和逆變器控制解決方案的產(chǎn)品。RA6T2將Arm Cortex^?-M33與用于電機控制的硬件加速器以及用于實現(xiàn)240MHz高速實時性能的高速閃存相結(jié)合。它還可以實現(xiàn)下一代高速、高響應(yīng)電機算法，并提高其他通信處理等并行處理性能。RA6T2總共有20種不同的型號，使用5種不同的封裝類型。支持靈活配置軟件包(FSP)和Arm合作伙伴生態(tài)系統(tǒng)，確保通過易用解決方案來實現(xiàn)高效精準(zhǔn)的電機和數(shù)字電源控制。

二

其核心技術(shù)優(yōu)勢

高速數(shù)據(jù)運算：主控制器Renesas的RA6T2BD3C為高性能數(shù)字電源專用控制器，主核工作頻率為240MHz，ARM33核，并且具有浮點運算單元。
高分辨率PWM驅(qū)動：高達10個通道的通用PWM定時器，可以產(chǎn)生足夠多的驅(qū)動來完成復(fù)雜的3相正弦波控制，能夠以合適的開關(guān)頻率提高產(chǎn)品的功率密度。
多達29個模擬轉(zhuǎn)換輸入通道，并且2個獨立的AD轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換速度可以6M以上，可以減少相位延遲，提高產(chǎn)品的穩(wěn)定性。
三相圖騰柱PFC拓撲：三相交流220V與母線電壓大約700V，可以實現(xiàn)雙向AC-DC變換運行，并且使用空間矢量脈寬調(diào)制SVPWM技術(shù)。
利用RA6T2的AD采樣確定3相電壓的正負半周切換，使用軟件鎖相環(huán)去鎖相采樣電壓與真實的電網(wǎng)電壓同相且同頻率，實現(xiàn)高功率因數(shù)的整流功能，軟件過零檢測電路用于檢測電網(wǎng)電壓狀態(tài)。

三

5KW三相圖騰柱PFC實物圖

四

方案規(guī)格

交流輸入整流功能：
3相輸入相電壓220V，頻率45Hz到60Hz。輸出電壓700V額定電壓。輸出功率5KW。80K的開關(guān)頻率，PF值0.99，THD5%。最高效率97%。
離線逆變器功能：
直流電壓700V，輸出3相相位相差120度的380V離線逆變器，輸出功率5KW，開關(guān)頻率80K。輸出頻率50Hz，THD5%，最高效率不低于97%。

五

方案原理圖

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三相5KW無橋PFC原理圖.pdf

https://www.x-ipm.com/uploads/file/20240621/22b82e4016429d41062f8f34623fbd33.pdf

六

工作原理

該方案的輸出電壓700V為設(shè)計目標(biāo)，因此控制電路有兩個目標(biāo)。

第一，要求將輸出電壓穩(wěn)定在700V。

第二，實現(xiàn)電網(wǎng)側(cè)的電壓和電流同相位。

利用鎖相環(huán)得到三相電壓實時的一個角度，如圖1所示。

圖1 PLL

將得到的角度參與到三相電壓和電流的DQ坐標(biāo)變換，得到V_d，V_q和I_d，I_q。如圖2所示。

圖2 電壓電流坐標(biāo)變換

得到所有需要的參數(shù)之后，下階段是控制輸出電壓穩(wěn)定在700V。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)控制框圖如圖3所示。

圖3?前饋解耦PI控制系統(tǒng)框圖

如圖4所示為電壓電流雙環(huán)控制的一個仿真圖，和圖3原理一樣。將給定700V電壓與采集到的輸出實時電壓做差，經(jīng)過PI計算得到的數(shù)值作為電流內(nèi)環(huán)的給定值，再經(jīng)過圖3所示得控制原理得到U_d，U_q。U_d，U_q經(jīng)過反變換得到α和β參與到SVPWM的控制中之后即可得到調(diào)節(jié)輸出700V的所需的開關(guān)管占空比。