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基于TI C2000微控制器的3.3kW车载充电机设计-电路方案

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简介：
本简介探讨了一种基于德州仪器(TI) C2000系列微控制器的3.3千瓦车载充电机设计方案，重点介绍了其电路架构与实现细节。 车载充电机（OBC）是新能源汽车中的关键组件之一，其市场规模随着电动汽车市场的发展而迅速扩大。根据相关数据预测，在2016年，该市场的规模约为20亿元人民币；预计到2020年，这一数字将达到77亿元人民币。 本段落将详细讲述基于TI C2000微控制器的3.3KW车载充电机方案的设计思路和技术细节。此参考设计采用C2000系列微控制器（MCU）和LMG3410器件来控制一种交错式连续导通模式(CCM)图腾柱(TTPL)无桥功率因数校正(PFC)电源结构的方法，该拓扑利用了氮化镓(GaN)技术提高了效率，并减少了设备尺寸。设计包括用于提高轻负载条件下性能的切相和自适应死区时间、输入电容补偿方案以及瞬态响应时降低电压尖峰的技术。 C2000 MCU是专门针对实时控制应用优化的一个微控制器系列，其快速精确的模数转换器能够准确测量电流与电压信号；集成比较器子系统（CMPSS）可提供过流和过压保护功能，并且无需额外硬件。经过特别设计的CPU内核可以迅速执行控制循环任务，而三角函数运算则通过片上三角数学单元(TMU)加速完成。 核心技术优势方面，交错式3.3kW单相无桥CCM图腾柱PFC级具备以下特点： - 100kHz脉宽调制(PWM)开关频率； - 提供powerSUITE支持以方便用户定制设计需求； - 配备软件频率响应分析器(SFRA)，以便快速测量开环增益； - 拥有PWM软启动功能，可减少TTPL PFC中的零电流峰值现象； - 对于使用驱动程序库的F28004x提供全面的软件支持。 该方案的技术规格包括： - 最高输出功率为3.3KW - 可调节的直流电压输出范围：标称值为380V DC，最大10A电流负载 - 输入交流电压适应性广（从120V到230V） - 总谐波失真(THD)小于2% - 在不同输入条件下均能实现高效率（例如在230-Vrms下峰值效率为98.7%，而在120-Vrms下的峰值效率则超过97.7%）

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  • 基于TI C2000微控制器的3.3kW车载充电机设计-电路方案
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    本简介探讨了一种基于德州仪器(TI) C2000系列微控制器的3.3千瓦车载充电机设计方案，重点介绍了其电路架构与实现细节。 车载充电机（OBC）是新能源汽车中的关键组件之一，其市场规模随着电动汽车市场的发展而迅速扩大。根据相关数据预测，在2016年，该市场的规模约为20亿元人民币；预计到2020年，这一数字将达到77亿元人民币。 本段落将详细讲述基于TI C2000微控制器的3.3KW车载充电机方案的设计思路和技术细节。此参考设计采用C2000系列微控制器（MCU）和LMG3410器件来控制一种交错式连续导通模式(CCM)图腾柱(TTPL)无桥功率因数校正(PFC)电源结构的方法，该拓扑利用了氮化镓(GaN)技术提高了效率，并减少了设备尺寸。设计包括用于提高轻负载条件下性能的切相和自适应死区时间、输入电容补偿方案以及瞬态响应时降低电压尖峰的技术。 C2000 MCU是专门针对实时控制应用优化的一个微控制器系列，其快速精确的模数转换器能够准确测量电流与电压信号；集成比较器子系统（CMPSS）可提供过流和过压保护功能，并且无需额外硬件。经过特别设计的CPU内核可以迅速执行控制循环任务，而三角函数运算则通过片上三角数学单元(TMU)加速完成。 核心技术优势方面，交错式3.3kW单相无桥CCM图腾柱PFC级具备以下特点： - 100kHz脉宽调制(PWM)开关频率； - 提供powerSUITE支持以方便用户定制设计需求； - 配备软件频率响应分析器(SFRA)，以便快速测量开环增益； - 拥有PWM软启动功能，可减少TTPL PFC中的零电流峰值现象； - 对于使用驱动程序库的F28004x提供全面的软件支持。 该方案的技术规格包括： - 最高输出功率为3.3KW - 可调节的直流电压输出范围：标称值为380V DC，最大10A电流负载 - 输入交流电压适应性广（从120V到230V） - 总谐波失真(THD)小于2% - 在不同输入条件下均能实现高效率（例如在230-Vrms下峰值效率为98.7%，而在120-Vrms下的峰值效率则超过97.7%）
     
  • 基于TI WEBENCH® Designer的微逆变器电源设计-电路方案
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    本项目采用TI WEBENCH® Designer工具，旨在为微逆变器开发高效、定制化的电源设计方案。通过优化电路参数，实现最佳性能与成本效益。 文章概要： 一、微逆变器介绍 随着能源短缺问题的日益严重，光伏发电作为一种具有巨大潜力的新型替代能源越来越受到重视。与石油相比，太阳能发电几乎不产生碳排放，这将大大缓解全球气候变暖的问题。光伏系统主要分为两种：集中式逆变器组成的发电系统和由微逆变器构成的小型化供电系统。 本段落重点介绍后者——单组件并联工作的微逆变器供电系统。相较于前者（通常是高电压多组件串联的大型发电系统），微逆变器具有更高的效率，一般可以达到95%以上，并且可靠性更高、维护更方便。另外，由于是并联工作模式，因此不会受到阴影遮挡或光伏板组件差异的影响。 本段落将阐述如何使用TI公司的WEBENCH Designer软件进行微逆变器供电系统的设计。 二、WEBENCH Designer简介与快速入门 WEBENCH Designer是由德州仪器公司开发的一款网页版小功率电源设计工具。它可以生成单个电源芯片的原理图、PCB布局以及元器件清单和仿真文件，供设计师下载到本地使用。此外，该软件还支持滤波器、LED驱动电源、FPGA及微处理器供电系统等多种类型的设计需求。 本节将通过一个简单的单负载输出方案来快速引导读者入门WEBENCH Designer的使用方法。
     
  • 新能源6.6KW/7KW/3.3KW/11KW车载充电机(OBC)开关电源设计及15KW AI默生数字控制电压电流环方案
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    本产品提供一系列高效的车载充电解决方案，涵盖6.6KW、7KW、3.3KW和11KW等不同功率的车载充电机（OBC），并采用先进的AI算法与数字化控制技术优化电压及电流管理，实现更智能、更可靠的新能源汽车充电体验。 新能源6.6KW、7KW、3.3KW 和 11KW 车载充电机（OBC）开关电源设计方案采用TMS320F28035芯片，具备AI默生数字控制及电压电流环控制核心算法PFC和LLC。此外还有针对3.3KW车载充电机的单相PFC与全桥LLC设计资料。 另外提供新能源汽车6kW充电机的设计方案，包括双向升降压48-54VDC输入、320VBC输出全套设计及原理图、PCB文件、485和CAN协议文件以及程序代码。具体售价请咨询。附送相关电源PFC资料与维也纳设计资料，默认提供3.3KW方案，7KW仅含原理图。 对于新能源6kW充电机的设计，采用数字控制的单相PFC及全桥LLC结构，并且配备了完整的硬件和软件资源包，包括详细的电路图、PCB布局文件以及通信协议文档。
     
  • 基于STM32L431微控制器的无线充电小车设计
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    本项目设计了一款采用STM32L431微控制器和无线充电技术的小车系统，旨在实现高效、便捷的能量补给与智能控制。 ### STM32L431概述 STM32L431是意法半导体公司推出的一款超低功耗微控制器，属于STM32L4系列。该系列产品以其高性能、低能耗及丰富的外设集成著称，尤其适用于对能量消耗有严格要求的应用场景，例如无线充电小车的设计。这款微控制器采用ARM Cortex-M4内核，并能达到80MHz的运行频率，内置浮点运算单元（FPU），能迅速处理复杂的数学计算任务。 ### 无线充电技术 在设计无线充电小车时，无线充电技术是其核心组成部分之一。该技术基于电磁感应原理运作：通过发送端和接收端线圈之间的交变磁场传输能量。为了确保不同设备间的兼容性，这项技术通常遵循Qi标准进行实施。使用STM32L431实现对无线充电过程的控制时，需要精确调节频率、功率及效率等参数以保证安全且高效的充电体验。 ### 微控制器在无线充电系统中的作用 1. **电源管理**：通过监控电池的状态（例如电压、电流和温度）来确保安全的充电条件。 2. **通信接口**：利用UART、SPI或I2C等协议与无线充电模块进行数据交换，从而控制整个充电流程。 3. **驱动电路控制**：调节无线充电线圈的工作频率以实现最佳的能量传输效果。 4. **故障检测和处理**：能够识别并解决过压、过流及短路等问题确保系统的稳定性。 5. **算法执行**：运行功率优化算法，提升整体的充电效率与可靠性。 ### STM32L431特性分析 1. **低功耗设计**：STM32L431采用先进的超低能耗技术，非常适合像无线充电小车这样需要长时间运作的应用场景。 2. **高性能内核**：工作频率高达80MHz，并配备浮点运算单元（FPU），能够满足实时计算的需求。 3. **丰富的外围设备支持**：包括ADC、DAC、定时器、GPIO和CRC等功能模块，便于实现电池监控以及无线充电控制等任务。 4. **嵌入式存储资源**：充足的内部Flash与SRAM为程序代码及数据提供了充裕的存放空间。 5. **USB兼容性**：内置USB OTG功能支持设备间的便捷连接与信息交换。 ### 设计实施步骤 1. **硬件设计阶段**：选择合适的无线充电模块，并将其通过GPIO接口连接到STM32L431微控制器上，完成电源和控制信号的布线工作。 2. **软件开发环节**：编写固件代码实现包括电源管理、通信协议及故障检测在内的多种功能需求。 3. **调试与优化过程**：借助仿真工具以及实际测试来完善程序，并对系统性能进行调优以确保其稳定可靠运行。 4. **集成阶段**：将无线充电子系统无缝整合进小车的整体电路设计中，同时考虑散热及体积等物理因素的影响。 综上所述，STM32L431在构建高效且安全的无线充电解决方案时扮演着至关重要的角色。开发人员需根据具体需求进一步细化硬件与软件的设计方案并进行优化调整以实现最佳效果。
     
  • 基于TNY264P设计的3.5W手机充电器电源电路方案
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    本简介介绍了一种基于TNY264P芯片设计的高效、小型化3.5W手机充电器电源电路。该方案旨在提供稳定的电压输出，同时优化能效和热性能，适用于各种智能手机充电需求。 这份文件是一份工程报告，详细介绍了使用TNY264P设计的手机充电器电源的情况。文档内容涵盖了电源规格、电路图、物料清单、变压器规格文件、印刷电路板布局以及性能数据的设计表格等信息。
     
  • 基于STM32的1700W双电机控制器电路设计方案
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    本设计提出了一种基于STM32微处理器的高效能1700W双电机控制系统方案，旨在实现对两个电机的同时精准控制。通过优化硬件电路和软件算法，该系统能够提供高效率、低能耗的动力输出解决方案，适用于各种高性能电动设备。 基于STM32F103 和STGIPS20C60的双电机控制器设计适用于汽车电子行业中的高功率应用。该设备提供了一个完整的解决方案，涵盖无传感器磁场定向控制（FOC）以及数字有源功率因数校正（PFC）。其中的核心组件是STGIPS20C60智能功率模块，它是一个小型低损耗的三相IGBT桥，适用于马达驱动和空调系统。 双电机控制器参数如下： - 额定功率：1300W - 最大功率：1700W 数字PFC部分包括一个单级升压转换器，采用STGW35HF60W或STW38N65M5以及相应的二极管（如STTH15R06D 或 STPSC1206D）来实现。此外还包含交流主电源电流检测、直流母线电压检测等功能，并且具有硬件过流保护和欠压保护机制。 逆变器部分使用了SDIP 25L封装的STGIPS20C60模块，用于驱动第一个电机。该系统具备三相或直流链路电机电流感应能力以及热沉温度测量功能等额外特性。 控制单元则基于STM32F103RCT6微控制器实现双电机和PFC的集中式管理，并通过MC连接器支持第二台电动机功率阶段（兼容STEVAL-IHM021V1、 STEVAL-IHM024V1 或 STEVAL-IHM032V1等插件板）。同时，它还具备SWD编程与调试接口及JTAG编程功能。 其他特性还包括光隔离的UART通信、用户按键、复位按钮和电位器等功能。电源方面则提供+15 V 和 +3.3 V 的供电电压，并且符合RoHS标准要求。 实物图片展示了该控制器的设计原理图，Gerber文件以及设计说明等相关资料。
     
  • 基于STM32F334C8的AC-DC 2KW车载充电器数字电源解决方案-电路设计
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    本项目介绍了一种基于STM32F334C8微控制器的AC-DC 2KW车载充电器设计方案，专注于高效能与高精度控制，适用于电动汽车快速充电需求。 STEVAL-ISA172V2 评估套件基于 ST STM32F334C8 设计，采用两级控制架构：前端由STM32F334C8 单独管理功率因数校正（PFC），后端则运用移相全桥PWM ZVS 和同步整流电路，并同样通过STM32F334C8 进行控制。相较于传统的模拟电源，这种全数字电源设计更为简便且高效，其拓扑结构也更加灵活。 该方案适用于输入交流电压范围为90Vac至264Vac的场景，能够提供稳定的48V直流输出，并可达到最大42A的电流输出能力以及高达2KW 的功率负载。它特别适合用于小型电动共享汽车上的车载充电器（On Board Charger）设计。 该方案的核心技术优势在于： 1. 全数字控制方式使得拓扑结构的设计更加灵活。 2. 采用Cortex-M4 架构，主频可达72MHz的高性能CPU。 3. 配备高达12组计时器，其中包括6个高频（HRTIM）定时器，频率可达到4.6GHz。 4. 支持I2C、SMBus 和PMBus等多种接口。 具体方案规格如下： - 使用全数字STM32F334C8 控制器，并集成了 PFC和移相全桥PWM ZVS 以及同步整流功能； - 输入电压范围为90V ac至264V ac，输出直流电压设定在48Vdc； - 最大功率负载能力达到2KW。 同时需要ST VIPER27H（12W）辅助电源的支持。
     
  • 基于德州仪器 TPS54340 的 iPad汽车充电器降压控制器电路方案
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    本简介介绍了一种使用德州仪器TPS54340芯片设计的iPad汽车充电器降压控制电路方案，旨在提供高效稳定的电源供应。 该参考设计提供了一款外形小巧但能满足iPad充电电流要求（在5V电压下可达到2.1A）的产品。开关降压转换器TPS54340采用高达2MHz的开关频率，超出了音频带宽需求。客户可以利用此紧凑型设计，在汽车内的多个空间受限位置实现USB充电功能。通过使用TPD2E001为USB引脚提供静电放电（ESD）保护。 该参考设计具备以下特点： - 紧凑的外形尺寸，PCB面积仅为1100 x 700密耳。 - TPS54340开关频率最高可达2MHz, 超出音频频带范围。 - 在输出电压为5V时，TPS54340可提供高达2.1A的电流。 - 使用TPD2E001为USB引脚提供静电放电（ESD）保护。