广芯微推出10KW五电平直流供电系统参考设计平台

概述

广芯微电子(广州)股份有限公司今日推出基于自主研发的广芯高性能多功能微处理器芯片UM32G421开发的10KW五电平直流供电系统的参考设计平台。该平台以单相220V交流电为输入，微推输出360V-400V可调直流电压，电电系采取自然散热方式，平直在10%-100%全负载范围内实现超过98%的流供转换效率，结合五电平拓扑带来的统参台超低纹波与谐波特性，非常适合应用于对能效、考设功率密度、计平输出电压质量(低纹波/低谐波)和可靠性要求较高的广芯领域，为工业4.0、微推绿色数据中心及新能源领域提供高性能、电电系高效能供电解决方案。平直

传统多电平拓扑受限于控制复杂度与成本，流供难以规模化商用。统参台本次突破性采用自研UM32G421芯片实现三大创新：

1. 五电平SiC变流拓扑：采用碳化硅五电平AC/DC变流器，考设减少功率转换器的损耗，10 – 100% 负载范围内效率大于98%，电流纹波低至4A(满载46A)，iTHD<5%(50%负载起)。

2. 自适应模块化控制(AMC)：根据负载情况动态调节工作模块数量，确保整机最大效率

的同时，轻载效率也获得大幅提升。

3. 自主可控单芯片集成管理：全国产UM32G421作为主控芯片完成高效ACDC变换及AMC控制算法，同时实现多重保护(输入过流、过压、过功率、温度保护、输出过流、欠压保护)，BOM成本降低30%。

该平台的核心优势如下：

·超高效率(>98% @ 10%-100%负载)： 这是最核心的优势。适用于长时间运行、能耗成本敏感的应用，如数据中心、通信基站、照明系统、工业生产线、充电桩、储能系统。

·五电平拓扑： 输出极低的输出电压纹波和THD的高质量清洁电能。这对敏感电子设备和需要高精度控制的设备至关重要。同时也降低了EMI滤波需求，有助于提高功率密度。

·宽输出范围(360V-400V DC可调)： 适配多种需要高压直流母线的应用标准(如HVDC 380V, 工业驱动器母线)。

·宽负载范围高效率： 适应实际应用中负载波动大的场景(如数据中心服务器负载变化、工业设备启停)。

·单相220V AC输入： 部署灵活方便，适用于普通市电环境，无需三相电，适合分布式部署。

平台硬件方案介绍

在平台的直流供电系统控制模块中，主要组成部分包括主控MCUUM32G421，开关管和Gate Driver等。通过独立MCU控制，实现交流电压输入，直流电压输出。下图是该直流供电系统的拓扑结构图。

直流供电系统硬件方案示意图

主控芯片是广芯微UM32G421采用ARMCortex-M4F内核，204MHz主频，支持浮点运算，支持DSP指令集，性能强大，集成了包括多路支持硬件移相的高精度PWM、高采样率SAR ADC、硬件坐标旋转运算协处理器、丰富的外设接口等多种资源，可在-40~125℃稳定工作，能够满足工业控制、汽车电子、新能源等多个领域的应用需求。

平台软件方案介绍

对交流网进行电压、电流采样，通过“调频移相”控制方法实时计算出需要的开关频率和移相角度，实现对输入220V/50Hz电网的交流电压、电流的精确控制，以获得高质量的直流输出电流。

直流供电系统软件方案示意图

直流供电系统平台 DEMO

下图是广芯微直流供电系统平台 DEMO板，包括主控MCU，SiC开关管、驱动器、电容等零部件。

直流供电系统DEMO板

平台功能参数及测试波形

下图是直流供电系统的效率、功率因数和电流总谐波失真曲线。由于采用了AMC控制，电源效率在大于10%负载下达到98%以上，峰值效率可达98.8%。一般情况下，效率高于98.5%。

下图是直流供电系统在0.5kW和10kW输出功率下的波形，说明直流供电系统在不同功率下进行可靠工作。

下图是直流供电系统在启动以及步长为1kW负载变化下的波形图。说明直流供电系统可以在不同的负载情况下，启动相应的功率模块数量，确保整机最大效率。

下图是直流供电系统在0.5kW和6kW以及1kW和9kW阶跃负载变化下工作波形，说明直流供电系统在大负载变化下可以保持稳定的直流输出。

应用案例

用户使用该平台开发的直流供电系统成功安装在香港某停车场，为直流照明系统供电。左下图为停车场照明系统，为了说明节能效果，同时装有直流照明灯和交流照明灯。右下图是直流照明灯和交流照明灯的能量消耗对比图。相比交流照明系统，直流照明系统可以提供稳定的供电，同时效率提高10%以上。

关于广芯微

广芯微电子(广州)股份有限公司聚焦光伏新能源、工业控制和汽车电子产业，为客户提供差异化的微处理器芯片、快充与数字电源SOC和性能卓越的无线射频芯片，并围绕这些芯片打造特色的电机控制方案平台、数字电源方案平台和低功耗无线射频方案平台。

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