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工程师说 | 基于RX的数字电源转换能力用RX单片机实现图腾柱交错式PFC

2023/10/30
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Kohei Aida,Senior Manager, Product Marketing

本期以AC-DC电源控制为例,介绍如何使用RX单片机对图腾柱交错式PFC进行控制。

瑞萨RX家族中的RX-T系列主要应用于空调设备外机和工业逆变器,同时还具有适合于AC-DC转换器电源控制的功能,并在UPS、功率转换器、EV充电器等电源控制场景中得到了广泛应用。

本期介绍的图腾柱交错式PFC是一种可实现AC-DC转换器必要功能的电路,可在各类电子设备交流电源转换为直流电源,与基于普通二极管整流桥整流电路+斩波电路PFC电路相比,图腾柱交错式PFC是一种效率更高的电路方式(通常,可降低40%左右的二极管整流桥整流电路损耗)。

虽然可以通过专用产品进行控制,但RX家族RX-T系列中的PWM定时器模拟电路等,如下文中被称为“可控制图腾柱交错式PFC的RX-T系列内置功能”,可通过单个MCU进行控制。本功能非常适用于实现逆变器控制的功能,以及实现AC-DC转换器控制的功能。与专用IC相比,基于MCU的电源控制具有许多优点,包括通过软件控制的精准保护、控制的灵活性,还具有通过SCI等设备与其他IC协作等,使其具有较高的系统控制融合性的特点。

需要说明的是,本文介绍的用于控制图腾柱交错式PFC的MCU属于RX家族RX-T系列RX66T组产品,但也可以通过搭载以下功能(RX家族通用功能)的RX26T等产品来实现。

可控制图腾柱交错式PFC的

RX-T系列内置功能

PWM输出计时器(MTU3,GPT)

12位A/D转换器(S12AD)

端口输出使能(用于PWM输出紧急停止)(POE3)

比较器(用于过流检测)(CMPC)

12位D/A转换器(用于比较器标准电压)(R12DA)

这些功能实现了如下图腾柱交错式PFC控制。

图腾柱交错式PFC配置

PWM输出定时器通过互补PWM对开关元件的Q1/Q2、Q3/Q4和Q5/Q6进行控制,12位A/D转换器用于反馈控制电流/电压检测。作为故障控制的过电流控制配置为使用。

如下所示,电源效率最高可达95%以上,功率因数可达99%以上,性能与专用产品相当。此外,虽然功率半导体使用常用IGBT+二极管构成Q1至Q6,但如果使用高速开关SiC等元件,有希望进一步提高效率。

NTC热敏电阻

无NTC热敏电阻:

此外,如下响应测试结果表明(通过直流断路器实现负载0%⇒100%、50%⇒100%的测试),对负载变化进行反馈控制,使电压保持恒定,可作为AC-DC转换器正常工作。

作为逆变器控制应用,本期我为大家介绍了MCU电源控制(图腾柱交错式PFC)的可行性。除了AC-DC的PFC IC等专用产品外,我们还系列推出了具有较高系统控制融合性的MCU产品,增加了客户的可选项,做到物尽其用。我们将继续推出符合客户需求的优质产品,为客户的创新做出贡献。敬请期待瑞萨RX家族的进一步发展。

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