基于Microchip dsPIC33CH512MP506 高性能DSP开发的11KW三相图腾柱PFC电源方案

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当前，在全球能源形势日趋紧张、越来越多国家和地区作出碳中和承诺的背景下，储能系统作为能够有效缓解可再生能源的不稳定性以及间歇性，保障电网安全，提高能源利用效率，并降低用电成本的方案而持续受到关注。因此，储能作为全球能源转型的重要环节，其市场需求将伴随能源转型进程的不断深入而扩大。便携储能采用内置高能量密度的锂离子电池提供稳定的交直流电输出，是一种安全、可靠、便携、稳定、环保的小型储能系统。根据中国化学与物理电源协会数据，全球便携式储能行业的市场规模从 2016 年的 0.6 亿元，大幅上升至 2020 年的 42.6 亿元，年复合增长率高达 190.28%，预计至 2026 年将进一步上升至 882.3 亿元，市场前景广阔。

 

户用储能可称为家庭储能系统，在用电低谷时，户用储能系统中的电池组能够自行充电，以备在用电高峰或断电时使用。根据 Wood Mackenzie, IEA, SolarpowerEU,USDOE 的数据，全球户用储能市场新增装机规模预计从 2021 年的 9.5GWh 上升至2025 年的 93.4GWh，复合增长率达 77.07%。

 

在工商业领域，储能系统主要用途是峰谷套利，即在用电低谷时利用低电价充电，在用电高峰时放电供给工商业用户，用户可以降低用电成本，同时保证用电稳定性。根据 Wood Mackenzie, IEA, SolarpowerEU, USDOE 的数据，全球工商业储能市场新增装机规模预计从 2021 年的 15.8GWh 上升至 2025年的 94.0GWh，复合增长率达56.18%。

 

如何实现储能电源系统可靠稳定并网运行、降低转换损耗、增加功率密度，降低开发难度及开发周期是广大电源研发工程师的关注焦点。Microchip 的 Level 4 纯数字电源方案， 将为新能源储能逆变这个行业提供完美的解决方案。

 

此电路设计的优点如下：

1. 图腾柱拓扑架构可实现电源的双向变换运行。
2. 三相交错操作可减小输出电流纹波，从而降低输出电流的THD。
3. 整套MCHP的车规级器件选型，确保方案通过AEC-Q100认证。
4. 测量电网电流，确保逆变工作时提供的正弦电流与电网同相。
5. 三相交流输入可实现大功率变换应用。
 

 

►产品实体图

 

►展示板照片

 

►方案方块图

 

►核心技术优势

1、高速DSP运算：
主控制器MICROCHIP DSP dsPIC33CH512MP506为高性能双核数字电源专用控制器，DSC主核工作频率为90MHz，从核工作频率为100MHz，单指令周期运行。
2、高分辨率PWM驱动：
PWM分辨率为250ps，以合适的开关频率提高电源转换效率，保证良好的EMI特性。
3、专用ADC内核与共享ADC模块：
ADC转换延时仅285ns。
4、三相图腾柱PFC：
三相交流220V输入，实现双向AC-DC变换运行。
5、交流正弦输出并网：
经调制的正弦PWM产生经调制的正弦初级MOSFET电 流，在输出电容上产生整流正弦电压 / 电流。
6、平滑的过零尖峰处理：
利用DSP控制零点正负半周切换，输出与电网电压同相且同频率，实现以较高功率因数馈送电流，过零检测电路用于检测电网电压状态。
7、MPLAB X IDE 图形化配置：
通过MPLAB X IDE 的MCC插件，以图形化配置生成各类外设模块的初始化代码和底层驱动，可极大降低软件开发难度，减轻工程师的开发负担，常规应用无需看寄存器定义即可完成开发。

 

►方案规格

输入电压：三相AC 220V
最大功率：11KW
输入电流：16.6A
输出电压：790DC +/- 5 Vdc
PWM 频率：66KHz
转换效率：99%
短时过载：18.3 A (rms) (5500 W at 130 Vac, 11000 W at 260 Vac)
USB在线升级：支持(使用MCC生成代码)
环境温度：小于50℃
AEC-Q100：所有器件均为车规级
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