介紹

STDES-2KW5CH48V 參考設計主要為工業輕型電動汽車 (LEV) 提供充電解決方案，例如電動自行車、電動人力車、叉車、微型電動車。也適用于工業物流機器人。

充電器實施兩種充電配置文件：一種用于鋰離子電池，另一種用于鉛酸電池，它們適用于電池充電的最新趨勢。

充電器設計基于升壓功率因數校正 (PFC) 電路，由提供高 PF 的 L4984D 控制大于 0.9，然后是基于全橋 LLC 諧振功率轉換器的 DC-DC 電路，由 L6599A 控制。對于輸出整流，已選擇二極管與使用中心抽頭的 LLC 變壓器次級繞組配置。該設計采用 STM32F072CB 微控制器來控制功率級和電池充電曲線，并管理保護和用戶界面。PFC 級使用 MDmesh M5 功率 MOSFET 和 SiC 二極管。MDmesh DM6 功率 MOSFET 用于 LLC階段。初級和次級部分均由基于 VIPER16 的離線反激式電路供電。該電路提供調節電壓到微控制器、柵極驅動器 IC 和信號調理電路。正式的測試和測量結果證實了 ST 電源產品的性能結合綜合能力數字控制，以在寬輸入電壓和負載條件下提供高效率、接近統一的功率因數和低 THD。STDES-2KW5CH48V 是完全組裝的參考設計，僅用于性能評估，不適用于銷售。

Table 1. STDES-2KW5CH48V characteristics

概述

該系統圍繞 CCM PFC 升壓前端構建，該前端運行兩個并聯的 M5 MOSFET 和一個 x SiC整流器。輸入市電交流電轉換為 415 V 直流母線，為內置的下游 LLC 轉換器供電中心抽頭，全波拓撲。請參閱下面的框圖以更好地了解系統功能和手術。

已采用整體方法使該裝置緊湊、高效且易于構建。LLC的輸出轉換器采用全橋整流。工作頻率范圍從 40 VDC 輸出時的 140 kHz 到 85 kHz在 60 VDC 輸出。有兩個用于 CV 和 CC 的誤差放大器，用于回退并在獨立模式下運行。這意味著，雖然系統能夠在MCU監控下運行，可以預設非監控運行點。例如，即使系統可以使用合適的命令集從 40-60 V 提供，如果沒有命令可用，它可以在出廠預設設置（40 V 和 5 A）下默認工作。這對測試很有用，調試，并將其用作通用電源。一個 2 型和一個 3 型補償器，圍繞運算放大器，用于 CC 和 CV 環路補償。這是內部模擬環路。

MCU 設置整體電流和電壓，以調制具有兩個三級誤差放大器的參考脈寬調制信號。這些 PWM 信號經過低通濾波和平均以創建動態參考值由系統控制器決定的設定點。

STDES-2KW5CH48V 功率級通過專用模擬控制器和一個微控制器，它根據您的要求管理應用程序。

STDES-2KW5CH48V 可在 85-265 VAC 的輸入電源電壓范圍內工作，并且可以提供輸出當輸入電壓高于 180 VAC 時，功率高達 2.5 kW。低于此閾值時，輸出功率能力降額至 1.25 kW。

參考設計根據歐盟調整輸出功率傳輸參數或美國輸入電壓，通過隔離放大器檢測。PFC 和全橋 LLC 功率級參考初級接地，而 LLC 控制器和微控制器被稱為二次地。輔助電源為微控制器供電，柵極驅動器 IC 和信號調理電路。有關充電器狀態和設置的用戶信息，PCB 上有 LED。如果出錯發生或觸發保護時，板載 D5 LED 閃爍。D5 LED 閃爍計數因不同的錯誤/保護。要對微控制器重新編程，請在 J4 連接器上施加 +12 V DC。使用 IAR 嵌入式Workbench for Arm（ver.9.10 或更高版本）或任何其他適合編程和調試的編程工具。

STDES-2KW5CH48V key components

STDES-2KW5CH48V電源由以下關鍵部件組成：

1、交流輸入市電交流電源端子；

2. 安裝在散熱器上的橋式整流器；

3. 安裝在散熱器上的 PFC MOSFET 和 SiC 二極管；

4. PFC 輸出大電容；

5.輔助電源；

6. 用戶界面——開關；

7. 安裝在專用子板上的 LLC MOSFET 和安裝在散熱器上的子卡；

8. LLC諧振電感；

9. LLC諧振電容；

10. LLC變壓器；

11.安裝在散熱器上的輸出整流二極管；

12、直流輸出端；

13. PFC擺動扼流圈；

Firmware lowcahrt

STDES-2KW5CH48V硬件修改

如果需要更高的電池電壓，則幾乎不需要修改硬件。整個初級側（PFC階段，DC-DC全橋LLC）保持不變。相反，在次級側，輸出電壓檢測電阻需要修改。最常見的 LEV 電池針對 48、72 或 144 V 系統。

72 V 標稱電壓系統預計可在 65 V 的下限至 88 V 的上限范圍內工作。電流限制為 32 A 或 2500 W 功率輸出。恒定功率超過 75 V 且恒定電流低于 75 V，最大 32 A。整流器級（中心抽頭次級）保持不變。到期的對于更高的輸出電壓，建議使用 250-300 V 肖特基或超快速二極管。變壓器匝數比應為 61。相應地，應該使用更薄的Litz。線股直徑必須不超過 0.1 毫米。原來的變壓器是8.671的比例。不應修改主要對象。與非常仔細的布局和變壓器設計，我們建議從 250-300 V 器件二極管開始，并檢查在所有條件下過沖。

然后，將其替換為 200 V 肖特基，因為它已被使用并驗證表現。因此，可以重復使用同一個二極管。也改變輸出濾波電容：相同值必須使用，但額定電壓必須至少為 100 V。ESR 也非常重要，因為使用的是損失最低的特殊類型。Rubycon ZLH 系列就是一個合適的例子。

同樣，反向保護 MOSFET 可以重復使用，因為只有直流開關。然而，你應遵循正確的啟動順序程序。分流器可以是相同的，只改變固件設置最大電流。不需要改變電流放大器增益。輸出電壓可以相應地修改檢測電阻。R114、123 和 134 需要適當縮放以從 64 V 開始。

144 V 標稱電壓系統預計可在 135 V 的下限至 175 V 的上限范圍內工作V. 電流限制為 20 A 或 2500 W 功率輸出。恒功率超過160V且恒定電流低于 160 V 最大 16 A。整流器級（中心抽頭次級）保持不變。由于輸出電壓較高，建議使用 400 V 超快二極管。變壓器匝數比應為 31。相應地，應該使用更薄的Litz。線股直徑必須不超過 0.1 毫米。原裝變壓器為8.671變比，初級不宜改動。還必須對輸出濾波電容進行更改：必須使用一半的值，但電壓額定值必須至少為 200 V。

ESR 也非常重要，因為使用的是特殊類型的最低的損失。Rubycon ZLH 系列就是一個合適的例子。同樣，反向保護 MOSFET額定電壓至少為 200 V。但是，您應該遵循正確的啟動順序程序。這分流器可以相同，僅更改固件以設置最大電流。目前沒有變化需要放大器增益。可以相應地修改輸出電壓檢測電阻。R114,123, 和134 需要適當縮放以從 134 V 開始。

?展示板照片

?方案方塊圖

?核心技術優勢

L4984D：連續電流模式功率因素控制器

L6599AD：雙管半橋諧振控制器

STM32F072CBT6：主流Arm Cotex-M0 USB單片機與128 KB 的閃存，48兆赫中央處理器，USB，CAN 和 CEC功能

STW57N65M5：N通道650V, 56mOhm(typ), 42A MDmesh M5 TO-247包裝

STO67N60DM6：N通道600V, 48mOhm(typ), 58A MDmesh DM6 TO-LL包裝

STPSC20H065CW 650V, 20A ,雙組較高浪涌電壓碳化硅二極管

VIPER16HN：VIPerPlus 系列：節能6W高壓轉換器與直接反饋

?方案規格

輸入交流電壓：85 至 265 V AC

1.75 kW 負載時的峰值效率：>93.5%

滿載時的峰值效率：>93%

PFC 輸出電壓：415V ± 2%

PFC 工作模式：CCM

PFC 控制器：L4984D

輸入電壓范圍內的功率因數 85 – 265 V AC：>0.97 for load > 20%

輸入電壓范圍內的 THD 85 – 265 V AC：<10> 20%

最大輸出功率：2.5 kW（歐洲電壓范圍）、1.25 kW（美國電壓范圍）

DC-DC 轉換器拓撲：全橋 LLC

LLC 電源轉換器頻率范圍：90 – 160 kHz

啟動：軟啟動

整流拓撲：中心抽頭

冷卻：強制空氣

保護：低輸入電壓和高輸入電壓，低輸出電壓和高輸出電壓，輸出過流和短路保護