工程師說 | 基于RX的數(shù)字電源轉(zhuǎn)換能力用RX單片機(jī)實(shí)現(xiàn)圖騰柱交錯(cuò)式PFC

Kohei Aida，Senior Manager, Product Marketing

本期以AC-DC電源控制為例，介紹如何使用RX單片機(jī)對圖騰柱交錯(cuò)式PFC進(jìn)行控制。

瑞薩RX家族中的RX-T系列主要應(yīng)用于空調(diào)設(shè)備外機(jī)和工業(yè)逆變器，同時(shí)還具有適合于AC-DC轉(zhuǎn)換器等電源控制的功能，并在UPS、功率轉(zhuǎn)換器、EV充電器等電源控制場景中得到了廣泛應(yīng)用。

本期介紹的圖騰柱交錯(cuò)式PFC是一種可實(shí)現(xiàn)AC-DC轉(zhuǎn)換器必要功能的電路，可在各類電子設(shè)備將交流電源轉(zhuǎn)換為直流電源，與基于普通二極管整流橋的整流電路+斬波電路PFC電路相比，圖騰柱交錯(cuò)式PFC是一種效率更高的電路方式（通常，可降低40%左右的二極管整流橋整流電路損耗）。

雖然可以通過專用產(chǎn)品進(jìn)行控制，但RX家族RX-T系列中的PWM定時(shí)器和模擬電路等，如下文中被稱為“可控制圖騰柱交錯(cuò)式PFC的RX-T系列內(nèi)置功能”，可通過單個(gè)MCU進(jìn)行控制。本功能非常適用于實(shí)現(xiàn)逆變器控制的功能，以及實(shí)現(xiàn)AC-DC轉(zhuǎn)換器控制的功能。與專用IC相比，基于MCU的電源控制具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括通過軟件控制的精準(zhǔn)保護(hù)、控制的靈活性，還具有通過SCI等設(shè)備與其他IC協(xié)作等，使其具有較高的系統(tǒng)控制融合性的特點(diǎn)。

需要說明的是，本文介紹的用于控制圖騰柱交錯(cuò)式PFC的MCU屬于RX家族RX-T系列RX66T組產(chǎn)品，但也可以通過搭載以下功能（RX家族通用功能）的RX26T等產(chǎn)品來實(shí)現(xiàn)。

可控制圖騰柱交錯(cuò)式PFC的

RX-T系列內(nèi)置功能

PWM輸出計(jì)時(shí)器（MTU3，GPT）

12位A/D轉(zhuǎn)換器（S12AD）

端口輸出使能（用于PWM輸出緊急停止）（POE3）

比較器（用于過流檢測）（CMPC）

12位D/A轉(zhuǎn)換器（用于比較器標(biāo)準(zhǔn)電壓）（R12DA）

這些功能實(shí)現(xiàn)了如下圖騰柱交錯(cuò)式PFC控制。

圖騰柱交錯(cuò)式PFC配置

PWM輸出定時(shí)器通過互補(bǔ)PWM對開關(guān)元件的Q1/Q2、Q3/Q4和Q5/Q6進(jìn)行控制，12位A/D轉(zhuǎn)換器用于反饋控制的電流/電壓檢測。作為故障控制的過電流控制配置為使用。

如下所示，電源效率最高可達(dá)95%以上，功率因數(shù)可達(dá)99%以上，性能與專用產(chǎn)品相當(dāng)。此外，雖然功率半導(dǎo)體使用常用IGBT+二極管構(gòu)成Q1至Q6，但如果使用高速開關(guān)SiC等元件，有希望進(jìn)一步提高效率。

有NTC熱敏電阻：

無NTC熱敏電阻：

此外，如下響應(yīng)測試結(jié)果表明（通過直流斷路器實(shí)現(xiàn)負(fù)載0%?100%、50%?100%的測試），對負(fù)載變化進(jìn)行反饋控制，使電壓保持恒定，可作為AC-DC轉(zhuǎn)換器正常工作。

作為逆變器控制應(yīng)用，本期我為大家介紹了MCU電源控制（圖騰柱交錯(cuò)式PFC）的可行性。除了AC-DC的PFC IC等專用產(chǎn)品外，我們還系列推出了具有較高系統(tǒng)控制融合性的MCU產(chǎn)品，增加了客戶的可選項(xiàng)，做到物盡其用。我們將繼續(xù)推出符合客戶需求的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，為客戶的創(chuàng)新做出貢獻(xiàn)。敬請期待瑞薩RX家族的進(jìn)一步發(fā)展。