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(yōu)化的規(guī)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(tǒng)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(xiàn)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(fā)周期和加速產品上市時間的優(yōu)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(xiàn)240MHz 高速實時性能的高速閃存相結合。 它還可以實現(xiàn)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(tài)系統(tǒng)，確保通過易用解決方案來實現(xiàn)高效精準的電機和數字電源控制。
二、其核心技術優(yōu)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，轉換速度可以6M以上，可以減少相位延遲，提高產品的穩(wěn)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(xiàn)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RA6T2的AD采樣確定3相電壓的正負半周切換，使用軟件鎖相環(huán)去鎖相采樣電壓與真實的電網電壓同相且同頻率，實現(xiàn)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(tài)。
三、5KW三相圖騰柱PFC實物圖
四、方案規(guī)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
點擊鏈接“三相5KW無橋PFC原理圖.pdf”即可查閱。
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(wěn)定在700V。第二，實現(xiàn)電網側的電壓和電流同相位。
利用鎖相環(huán)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(wěn)定在700V。其系統(tǒng)結構控制框圖如圖3所示。
圖3 前饋解耦PI控制系統(tǒng)框圖
如圖4所示為電壓電流雙環(huán)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(huán)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(jié)輸出700V的所需的開關管占空比。
圖4 雙環(huán)控制框圖
圖5為電壓調節(jié)過程整體圖。
圖5 電壓調節(jié)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 PWM脈沖和輸出電壓上升波形
圖8 PWM脈沖和輸出電壓穩(wěn)定波形
七、方案應用場景案例
1、工業(yè)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
