热门方案 | 基于GD32E505的图腾PFC双向储能逆变器设计

图腾PFC应用

出于经济发展和对环境的关注，电力转换系统效率变得越来越重要。相较于传统有桥PFC AC/DC电源变换器, 图腾柱无桥PFC变换器所用半导体器件最少。工作时其电流只流过一个高频开关管和一个工频开关管，所以具有最少的导通损耗，因此图腾柱无桥PFC变换器成为目前效率最高的功率因数校正变换器。图腾柱无桥PFC变换器拓扑结构具有电能双向流动特点，非常适合需要充放电双向电能流向的应用，比如车载充电机(OBC)以及储能系统。

图腾PFC方案

在国内落实“双碳”目标的重要背景下，我国能源结构调整与新型电力系统建设势在必行。随着源、网、荷、储一体化深度协调互动，灵活的能源电力系统新模式将日渐显现。这一进程将催生大量储能应用场景与装配需求，储能将扮演不可替代的关键角色，在电力系统中的应用全面开花。深圳市智玩无疆科技有限公司着眼于家庭储能，便携式储能应用提供基于GD32E505 MCU 7KW 图腾柱无桥PFC变换器方案。方案详情如下：

图腾柱无桥PFC系统框图

设计规格

Charging Mode
Parameter		MIN	NOM	MAX	UNITS
Input Characteristics
Vin(AC)	Input voltage	200	220	265	Vrms
Fgid	Frequency	48	50	62	Hz
lin(AC)	Input current			35	Arms
Output Characteristics
Vout	output voltage	380		580	V
lout	output current			18	A
Pout(max)	output power		6600	7000	W
System Characteristics
Peak eff	Peak eficiency		98%
PF	Power factor	0.985	0.99

Discharging Mode
Parameter		MIN	NOM	MAX	UNITS
Input Characteristics
Vin(DC)	output voltage	380		580	V
lin(DC)	output current			18	A
Output Characteristics
Vout(AC)	Input voltage		220		Vrms
Fgid	Frequency		50		Hz
lout(DC)	Input current		15	20	Arms
Pout(max)	output power		3300	4000	W
System Characteristics
Peak eff	Peak efficiency		98%

GD32E505 MCU控制板及功率板

方案特点

方案核心采用GD32E505 MCU控制，实现电压外环，电流内环双闭环控制。具有系统稳定，输出无静差，动态性能响应快，低THD，PF值大于0.99等一系列优点。软件实现过零点软启动很好解决图腾PFC拓扑电流在过零处尖峰问题。

图腾PFC控制有两个目标，一是稳定PFC的DC输出电压，另一个是控制输入的市电电流。为了减少设备对电网的谐波干扰及减少设备的无功功率提高使用效率，功率因数接近1是最为理想。这就要求对输入电流波形和相位进行控制，使输入电流与输入电压相位同步，这由软件锁相环来实现，控制输入电流波形及稳定DC输出电压由软件双闭环来实现。

✔ 增强型锁相环-EPLL

EPLL相对普通二阶广义积分锁相环SOGI-PLL，有不带倍频纹波及THD比较小，能快速跟踪市电变化的优势，缺点是占用CPU资源相对多。

✔ 双环控制

电压外环以及电流内环并且带3，5，7，11谐波注入方法来实现谐波滤波，用来减少输入电流的THD。

→ 输入AC220V/50Hz，输出 450V负载6700W时波形(CH4 AC电流)：

GD32E505 MCU简介

GD32E505是基于Arm®Cortex®-M33处理器的32位通用微控制器。内部外设资源非常丰富，支持浮点运算单元，特别是具有TMU硬件数学运算单元可以进行复杂数学计算，对数字电源实时控制非常有帮助。

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