一、瑞薩全數字電源控制MCU簡介

瑞薩RA-T系列MCU是為電機和數字電源應用而優化的規格和產品系列，產品具有最佳結構(ARM Cortex-M內核, PWM定時器,A/D轉換器,比較器)，豐富的通信功能，利于系統控制拓展，有助于實時應用的高速內存和外圍功能保持高度兼容性。產品的電機控制加速器單元支持加速電流矢量控制、濾波操作并可以減少CPU負載以實現更多附加功能。

同時瑞薩提供給客戶電機和數字電源各類解決方案，為客戶帶來縮短開發周期和加速產品上市時間的優勢。其中瑞薩RA6T2群組是第二款針對電機和逆變器控制解決方案的產品。RA6T2將Arm Cortex-M33與用于電機控制的硬件加速器以及用于實現240MHz高速實時性能的高速閃存相結合。它還可以實現下一代高速、高響應電機算法，并提高其他通信處理等并行處理性能。RA6T2總共有20種不同的型號，使用5種不同的封裝類型。支持靈活配置軟件包(FSP)和Arm合作伙伴生態系統，確保通過易用解決方案來實現高效精準的電機和數字電源控制。

二、其核心技術優勢

1、高速數據運算:主控制器Renesas的RA6T2BD3C為高性能數字電源專用控制器,主核工作頻率為240MHz，ARM33核，并且具有浮點運算單元；

2、高分辨率PWM驅動:高達10個通道的通用PWM定時器，可以產生足夠多的驅動來完成復雜的3相正弦波控制，能夠以合適的開關頻率提高產品的功率密度；

3、多達29個模擬轉換輸入通道，并且2個獨立的AD轉換器，轉換速度可達6M以上，可以減少相位延遲，提高產品的穩定性;

4、三相圖騰柱PFC拓撲:三相交流220V與母線電壓大約700V，可以實現雙向 AC-DC變換運行，并且使用空間矢量脈寬調制SVPWM技術;

5、利用DSP的AD采樣確定3相電壓的正負半周切換，使用軟件鎖相環去鎖相采樣電壓與真實的電網電壓同相且同頻率，實現高功率因數的整流功能，軟件過零檢測電路用于檢測電網電壓狀態。

三、5KW三相圖騰柱PFC實物圖

四、方案規格

1 、交流輸入整流功能

3相輸入相電壓220V，頻率45Hz到60Hz.輸出電壓700V額定電壓。輸出功率5KW.80K的開關頻率，PF值0.99，THD5%.最高效率97%。

2 、離線逆變器功能

直流電壓700V，輸出3相相位相差120度的380V離線逆變器，輸出功率5KW，開關頻率80K.輸出頻率50Hz,THD5%,最高效率不低于97%。

五、方案原理圖

“三相5KW無橋PFC原理圖.pdf”文件有詳述。

文件免費對外開放，如需查看、下載，文章最后有下載指引。

六、工作原理

該方案的輸出電壓700V為設計目標，因此控制電路有兩個目標。第一，要求將輸出電壓穩定在700V。第二，實現電網側的電壓和電流同相位。

利用鎖相環得到三相電壓實時的一個角度，如圖1所示。

圖1 PLL

將得到的角度參與到三相電壓和電流的DQ坐標變換，得到Vd，Vq和Id,Iq。如圖2所示。

圖2 電壓電流坐標變換

得到所有需要的參數之后，下階段是控制輸出電壓穩定在700V。其系統結構控制框圖如圖3所示。

圖3 前饋解耦PI控制系統框圖

如圖4所示為電壓電流雙環控制的一個仿真圖，和圖3原理一樣。將給定700V電壓與采集到的輸出實時電壓做差，經過PI計算得到的數值作為電流內環的給定值，再經過圖3所示得控制原理得到Ud,Uq。Ud,Uq經過反變換得到α和β參與到SVPWM的控制中之后即可得到調節輸出700V的所需的開關管占空比。

圖4 雙環控制框圖

圖5為電壓調節過程整體圖。

圖5 電壓調節整體圖

圖6為電壓電流相位同步的過程

圖6 三相電壓與電流波形

圖7為電壓上升到700V的過程，可以看出此時PWM需要的脈寬較大，來維持電壓上升的一個過程。

圖7 PWM脈沖和輸出電壓上升波形

圖8為輸出電壓穩定在700V的過程，看出此時PWM的脈寬減小，不要再增大脈寬增加輸出電壓。

圖8 PWM脈沖和輸出電壓穩定波形

七、方案應用場景案例

1、工業水泵與風機有源濾波器

2、充電與換電站三相雙向PCS

3、三相UPS電路框圖

4、充電站超級電容組充電拓撲

PS：文件“三相5KW無橋PFC原理圖.pdf”和“使用瑞薩單片機做主控的相關代碼.zip”，對外開放，如需下載，請進入南京芯干線科技有限公司官網，打開相關技術文章即可下載。