雙向電源控制技術(shù)廣泛應(yīng)用于戶用儲能、便攜式儲能和電動(dòng)汽車等應(yīng)用，在能源使用效率備受關(guān)注的今天，雙向電源必須滿足更高的效率和可靠性標(biāo)準(zhǔn)，高轉(zhuǎn)換效率已成為數(shù)字電源市場競爭的關(guān)鍵，這不僅順應(yīng)全球節(jié)能減排的趨勢，也對促進(jìn)電子設(shè)備小型化、集成化起到關(guān)鍵作用。

　　近年來第三代半導(dǎo)體材料如碳化硅(SiC)和氮化鎵(GaN)在數(shù)字電源中的應(yīng)用逐漸嶄露頭角，推動(dòng)電源向小型化、高效化方向邁進(jìn)，但與傳統(tǒng)硅基半導(dǎo)體材料相比，其成本依然較高，這在一定程度上制約了其在大規(guī)模應(yīng)用中的普及速度。

　　AC/DC數(shù)字電源電路的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)通常由前級功率因數(shù)校正(PFC)和后級隔離型直流/直流(DC/DC)變換器組成，通常需分別由兩顆實(shí)時(shí)微控制器進(jìn)行控制，存在以下問題：

　　芯片間的通信和數(shù)據(jù)交換實(shí)時(shí)性不足;

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)相對復(fù)雜，一定程度上增加選型、采購、升級、維護(hù)成本。

　　針對電源行業(yè)對高效率、低成本以及雙向工作能力的迫切需求，極海推出了全數(shù)字雙向電源參考方案。該方案采用單顆G32R501實(shí)時(shí)控制雙核MCU，基于兩相交錯(cuò)的圖騰柱PFC和LLC諧振變換器，結(jié)合傳統(tǒng)硅MOSFET，實(shí)現(xiàn)兩級變換器雙向軟開關(guān)工作，為實(shí)現(xiàn)高效率、低成本的雙向數(shù)字電源解決方案提供了選擇。

　　極海G32R501全數(shù)字雙向數(shù)字電源參考方案介紹

　　極海G32R501全數(shù)字雙向電源參考方案，具備高效率、高可靠、高轉(zhuǎn)換率、低噪聲和高性價(jià)比等特點(diǎn)， 同時(shí)配備全面的輸入/輸出保護(hù)和軟啟動(dòng)功能，適用于通信電源、服務(wù)器電源、便攜儲能電源等多種場景。

　　該電源由兩級功率拓?fù)鋯卧�組成，前級為兩相交錯(cuò)圖騰柱功率因數(shù)校正(PFC)電路，采用600V傳統(tǒng)的硅功率MOSFET;后級LLC諧振變換器采用原邊全橋結(jié)構(gòu)，并通過兩個(gè)變壓器分?jǐn)倱p耗，副邊由兩組全波同步整流電路并聯(lián)構(gòu)成。

　　G32R501全數(shù)字雙向電源參考方案實(shí)現(xiàn)框圖

　　G32R501全數(shù)字雙向電源參考方案部分參數(shù)G32R501全數(shù)字雙向電源參考方案優(yōu)勢：

　　單芯片高算力控制： G32R501主頻高達(dá)250MHz，可在單核內(nèi)實(shí)現(xiàn)兩級變換器控制環(huán)路;

　　集成模塊化設(shè)計(jì)：G32R501內(nèi)置PWM、COMP和CAP等，通過高速霍爾芯片采集電感電流，無需外部過零檢測，支持峰值電流靈活控制兩相交錯(cuò)圖騰柱PFC(臨界模式)，實(shí)現(xiàn)PFC全工作范圍的軟開關(guān)，有效避免MOSFET反并聯(lián)二極管的反向恢復(fù)損耗;

　　高效能量轉(zhuǎn)換：AC-DC和DC-DC兩級變換器，支持軟開關(guān)和雙向控制，整流/逆變模式峰值效率>96.5%，額定工作效率>96%，各工況效率完全符合80Plus鈦金標(biāo)準(zhǔn);

　　靈活輸入輸出：高效轉(zhuǎn)換單相交流輸入電壓至直流輸出電壓，支持適宜電壓范圍內(nèi)對電池系統(tǒng)恒功率充放電;

　　閉環(huán)交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)：實(shí)現(xiàn)兩相變頻脈沖180°交錯(cuò)控制，降低電流紋波和諧波，提升輕載效率;

　　快速保護(hù)與散熱：電源具有快速響應(yīng)保護(hù)功能，配合可調(diào)速風(fēng)扇散熱;

　　實(shí)時(shí)監(jiān)控與調(diào)整：支持與上位機(jī)連接，可通過上位機(jī)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行監(jiān)控、參數(shù)調(diào)整和程序升級。

　　G32R501全數(shù)字雙向電源參考方案測試數(shù)據(jù)

　　G32R501實(shí)時(shí)控制MCU介紹：

　　高效運(yùn)算處理性能：增強(qiáng)型存儲空間RAM可靈活配置為零等待訪問周期ITCM和DTCM，通過Cortex-M52內(nèi)核的ACI功能，可將自定義指令直接納入內(nèi)核處理，大幅提高運(yùn)算能力，為電源應(yīng)用中常用濾波器、補(bǔ)償器、鎖相環(huán)等算法提供運(yùn)算加速;

　　精準(zhǔn)控制外設(shè)：內(nèi)置16個(gè)PWM通道，均支持典型值150ps的HRPWM輸出，滿足電源應(yīng)用占空比、開關(guān)頻率、移相或死區(qū)的高分辨率控制要求;

　　豐富模擬外設(shè)：7個(gè)比較器，均內(nèi)置2個(gè)12-bit DAC，支持消隱和濾波功能，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字電源的峰值電流控制、過零檢測及跳閘監(jiān)控保護(hù);

　　4個(gè)可編程邏輯單元FLB，可為電源驅(qū)動(dòng)提供靈活的組合邏輯或時(shí)序控制;

　　3個(gè)3.45 MSPS 12-bitADC，支持31個(gè)外部通道，可為電源提供同步采集和短延時(shí)采集需求;

　　工作溫度覆蓋-40℃~125℃，對電磁環(huán)境有更高容忍度，可適應(yīng)復(fù)雜工況環(huán)境。

　　G32R501實(shí)時(shí)控制MCU關(guān)鍵特點(diǎn)：

　　面向數(shù)字電源應(yīng)用市場，極海憑借性能卓越的G32R501實(shí)時(shí)控制MCU產(chǎn)品線、具備豐富成熟經(jīng)驗(yàn)的方案設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)以及快速響應(yīng)的技術(shù)支持，可滿足工業(yè)控制和消費(fèi)電子應(yīng)用的數(shù)字電源需求，目前已與多家終端廠家開展了深度合作。極海將基于市場實(shí)際需求，持續(xù)在產(chǎn)品線布局、功能、性能上持續(xù)突破創(chuàng)新，助力數(shù)字電源產(chǎn)業(yè)向更高效率、更高功率密度、低成本發(fā)展，推動(dòng)整個(gè)能源體系向綠色、可持續(xù)的發(fā)展方向轉(zhuǎn)型。

　　關(guān)于極海

　　珠海極海半導(dǎo)體有限公司，隸屬于納思達(dá)集團(tuán)(002180)，是一家專注于工業(yè)級/車規(guī)級微控制器、高性能模擬與混合信號IC及系統(tǒng)級芯片研發(fā)與設(shè)計(jì)的集成電路設(shè)計(jì)型企業(yè)。極海團(tuán)隊(duì)具備20年集成電路設(shè)計(jì)與嵌入式系統(tǒng)開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，主要為工業(yè)、汽車電子、能源以及消費(fèi)電子等行業(yè)提供多平臺及場景的可靠芯片產(chǎn)品及解決方案，滿足客戶在高度集成、精準(zhǔn)控制、安全識別及效能提升等創(chuàng)新應(yīng)用中的多元需求。

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