双向逆变器参考设计及其算法生成工具发布

基于HC32F334数字电源控制器

双向能量流动峰值效率98.5%THDu < 3%

引言

⚡ 碳中和目标下的关键变换器

随着AI算力需求激增以及宽禁带器件（GaN/SiC）的广泛应用，无桥图腾柱拓扑不仅可以做到高效率、高功率密度，同时能够实现AC与DC之间的双向能量流动，广泛应用于储能系统、电动汽车（V2G）、微电网及新能源并网等场景。

储能系统

户用/工商业储能逆变

V2G/V2H/V2V

车载双向充放电

微电网

光储充一体化

新能源并网

分布式能源接入

服务器电源

AI算力供电

UPS电源

不间断供电系统

小华半导体基于 HC32F334 数字电源控制器，推出了 两路交错无桥图腾柱双向逆变器参考设计，可工作于PFC整流模式以及逆变离、并网模式。离网模式下，带非线性负载电压THDu低于5%。

本文着重介绍：逆变并网THDi优化、逆变离网THDu优化、突加突卸负载电压畸变抑制，以及基于小华数字电源算法配置工具(D****PACT)快速生成双向ACDC控制算法代码的方法。         

方案简介

📈 规格参数与实验性能

      两路交错无桥图腾柱双向ACDC拓扑示意

▶ 核心规格参数

| 参数 | 规格 | 参数 | 规格 |

| AC输入电压 | 176~264Vac | DC输出电压 | 350~420Vdc | | INV输出电压 | 220Vac / 50Hz | 额定功率 | 2kW | | 开关频率 | 80kHz | 峰值效率 | 98.5% | | 功率因数PF | 峰值0.999 | THDi | 3.0%

@220V |

98.5%

峰值效率

3.0%

THDi@220V

<3%

THDu@220V

▶ 方案优势与特点

自主知识产权

基于小华HC32F334数字电源控制器，核心算法自主可控

双向能量流动

整流PFC + 逆变并网/离网，整流与逆变间无缝切换

复合控制策略

PI/QPR + 重复控制，THDi/THDu双优化

离网逆变模式下优化前后THDu对比

并网模式下优化前后THDi对比

完整保护机制

输入输出OVP、电感电流OCP、过温保护等

满足行业标准

整流模式PF和THDi满足最新M-CRPS标准

整流模式THDi Versus M-CRPS要求（满足）

整流模式PF值 Versus M-CRPS要求（满足）

一键生成算法代码

基于小华数字电源算法配置工具(DPACT)图形化界面快速配置定制化项目规格，自动生成控制算法代码

设计要点

🔧 三大核心技术优化

AC系统控制器对比分析

▶ 优化一：逆变并网THDi优化

为抑制并网电流中3、5、7次等高次谐波，引入了PI+QPR复合控制；

PI + QPR 复合控制策略：QPR控制器作为高次谐波补偿器，在3、5、7次谐波处产生高增益，实现对谐波分量的精确补偿。经优化后，并网电流THDi降低约0.8%。         

▶ 优化二：逆变离网THDu优化

离网逆变器采用LC低通滤波器的单相全桥拓扑。空载及RCD非线性负载下，原始控制策略的THDu易超5%。

指令电压前馈 + QPR + 重复控制的复合策略：重复控制基于内膜原理，将外部信号数学模型嵌入控制环节；配合二阶滤波器和零相移陷波器，消除谐振峰值。优化后空载与RCD负载下THDu均降至3%以下。         

▶ 优化三：突加突卸负载电压畸变抑制

QPR控制实现对指令信号的无静差跟踪，弥补重复控制稳态误差问题，同时具备优异的动态响应和抗干扰性能。

QPR控制具备非常好的负载动态响应能力。在突加突卸负载测试中，输出电压能够快速恢复稳定，畸变得到有效抑制。         

芯片支撑

📡 HC32F334：高性能数字电源控制核心

HC32F334数字电源控制器

▶ Cortex-M4内核：FPU + DSP

HC32F334基于ARM Cortex-M4 32位RISC CPU，最高工作频率120MHz，集成浮点运算单元（FPU）和DSP，支持完整DSP指令集和单精度浮点算术运算。

本方案中，环路中断需同时运行PI和QPR等浮点运算，电压外环陷波器和锁相环也采用单精度浮点。HC32F334的强劲算力保障了复杂控制策略的实时执行。

▶ HRPWM：高精度灵活PWM控制

• 2×6路130ps高精度PWM，支持高精度周期、占空比和错相；

• 6个比较寄存器动作点 + 10个外部事件输入动作源；

• 上升/下降计数可配置不同输出状态，支持单周期OCP消隐

• 单次缓存 + 缓存完成标志位，确保波形更新正确性；

▶ 丰富模拟外设

3×

12位2.5MSPS ADC22路可用

3×

高速比较器CMP30ns响应

3×

12位DAC模拟输出

快速算法开发工具

💻 DPACT平台：一键生成ACDC控制算法代码

小华半导体数字电源算法配置工具（DPACT）是一款基于丰富参考设计开发的图形化电源算法生成工具，深度集成于XHCODE底层配置环境。现已完成双向DC/DC，双向AC/DC等多种拓扑算法自动生成开发。

用户以图形化方式快速完成定制化开发，高效生成符合用户项目规格的控制程序，显著降低开发门槛、缩短上市周期。 

小华快速算法配置工具DPACT主界面

▶ 六步配置流程

📈

① 方案拓扑选择

选择ACDC拓扑（单路/两路交错），支持整流、逆变及双向模式

📝

② 规格参数输入

输入目标规格参数，自动计算关键元器件和参数

🔧

③ 硬件参数配置

填入实际使用的关键硬件元器件参数

🔌

④ MCU接口匹配

配置采样、PWM、保护等硬件接口，自动同步到XHCODE

⚙

⑤ 控制参数设置

配置环路参数、保护阈值等，实时映射到程序

🚀

⑥ 一键生成代码

选择测试程序类型——可选驱动测试程序，开环测试程序或闭环测试程序，配置保存路径，自动生成完整工程

更多操作指引，欢迎点击下方链接下载小华DPACT工具：下载XHSC XHCode V1.10.3 Setup.zip及以上版本、查看相应用户手册即可：

https://www.xhsc.com.cn/product/1217.html

总结

📋总结

随着V2G技术让电动车变身"移动充电宝"、V2H技术在停电时为家庭供电、以及光储充一体化微电网的发展，双向逆变器正成为能源变换领域的核心装备。

98.5%

峰值效率降低能耗

<3%

THDi/THDu高品质电能

3合1

PFC+并网+离网多功能集成

小华 HC32F334 从芯片层面保证了交错无桥图腾柱双向逆变器控制功能的实现；灵活的PWM波形控制功能有利于各种电源拓扑的数字控制开发；“开箱即用”的参考方案、便捷的算法生成工具DPACT，助力用户快速评估、便捷使用！