关键字：三相 LLC+SR,PWM，HRTIME,TIMER

1. 前言

随着 AI 技术的发展，对服务器的算力要求越来越高，对应供电系统的功率也越来越大，服务 器电源单个功率模块的功率都开始由 2~3KW 向 5.5KW 和 8.5KW 发展，这也导致了功率拓扑的变化，之前 DC/DC 部分一般都是半桥或是全桥 LLC+SR，到 5.5KW 之后客户都开始采用三相 LLC+SR，本文介绍如何基于 STM32G474 产生适合三相 LLC+SR 控制的 PWM 方案。

2. 三相 LLC + SR 拓扑结构

客户使用的三相 LLC+SR 的功率拓扑架构如下，原边功率器件组成三相全桥电路，副边针对 每一相输出采用全桥电路实现同步整流。该架构下需要 18 路 PWM 驱动，且最好能实现每一路的 PWM 都能单独控制其上升沿与下降沿；原副边驱动之间可以实现同步和移相，以满足控制的需 求。

针对该拓扑控制的需求，有以下问题需要解决：

• 单独使用 HRTIMER 已经没法满足要求，因为 STM32G474 其最多提供 12 通道的 PWM 驱动，必须将 HRTIMER 与高级控制定时器 ADTIMER 联合使用，以产生 18 路 PWM 驱动
• ADTIMER 所产生的驱动必须能实现上升沿与下降沿都可以单独控制
• 定时器的同步，包括 HRTIMER 内部各定时器的同步，多个 ADTIMER 之间的同步， HRTIMER 与 ADTIMER 之间的同步。

3. 解决方案

按照前文的说明，为了产生 18 路 PWM，需要使用 HRTIMER 和 ADTIMER 以及 GPTIMER 联合工作，多个定时器之间的协同工作关系如下：

TIM1 做为整个系统的时基，TIM2/TIM3/HRTIMER_Master Timer 都与 TIM1 的 TRGO 信 号同步。TIM8/TIM20 分别与 TIM2/TIM3 同步，实现 TIM1/TIM8/TIM20 三个高级控制定时器 之间 120°错相。而在 HRTIMER 内部，子定时器被分为三组，TimerA/B，TimerC/D， TimerE/F，分别与 Mater Timer 的 PER/CMP1/CMP2 同步，相差 120°。

TIM1/TIM8/TIM20 分别产生两路 PWM，每组之间移相 120°，作为原边 PWM 驱动。 TimerA/B，TimerC/D，TimerE/F 每组产生 4 路 PWM，每组之间移相 120°，作为副边全桥同步 整流的 PWM 驱动。

为了保证 PWM 的灵活性，要求每路 PWM 都能做到上升沿与下降沿可单独控制，这个要求 对于 HRTIMER 中产生的 PWM 没有问题，因为子每个定时器(TimerA/B/C/DE/F)内部都包含有 4 个比较寄存器器，刚好用于两路 PWM 的独立控制。而高级控制定时器中需要使用 Combined PWM 模式实现 PWM 的双沿可控，具体方法可以参考文档《如何使用高级控制定时器产生双沿可 调 PWM 驱动》。

在高级控制定时器中，以 TIM1 为例，PWM 产生的设置如下：

• TIM1_CH1 和 TIM1_CH3 做为一对 PWM，互补发波，死区软件可调

• PWM1/PWM3 工作方式为 combined PWM mode 2(TIM1_oc1ref/ TIM1_oc3ref)

• PWM2/PWM4 工作方式为 PWM mode 1(TIM1_oc2ref/ TIM1_oc4ref)

• TIM1_CH1 最终输出波形为 TIM1_oc1ref “与” TIM1_oc2ref

• TIM1_CH3 最终输出波形为 TIM1_oc3ref “与” TIM1_oc4ref

• TIM1_CH1 波形由 CCR1(rising edge) 和 CCR2(falling edge)控制

• TIM1_CH3 波形由 CCR3(rising edge) 和 CCR4(falling edge)控制

在高精度定时器中，以 TimerA/B 组为例，PWM 产生的设置如下：

• TimerA 和 TimerB 计数完全同步，无相差

• 每个定时的两路 PWM 工作在 independent mode，软件控制死区大小

SR1_PWM1  

• Set source: TA_CMP1

• Reset source: TA_CMP2

SR1_PWM2  

• Set source: TA_CMP3

• Reset source: TA_CMP4

SR1_PWM3

• Set source: TB_CMP1

• Reset source: TB_CMP2

SR1_PWM4  

• Set source: TB_CMP3

• Reset source: TB_CMP4

按照以上的设计思想，基于CubeMx进行配置，具体见如下附件。

 

3phs LLC based On STM32G474.ioc                      

4. 部分实测波形

1． 原边三相驱动波形

2． 原边驱动波形调频，低频到高频

3． 原边驱动波形调频，高频到低频

4． 原边驱动+副边同步整流波形，调频，低频到高频

5． 原边驱动+副边同步整流波形，调频，高频到低频

5. 小结

本文针对三相LLC+SR功率拓扑控制对PWM的需求，基于STM32G474的高精度定时器、

高级控制定时器和通用定时器设计了一套PWM产生方案，并进行了实验验证。该方案的限制在

于高级控制定时器所产生的6路PWM驱动的分辨率只能达到5.88ns，对于谐振频率高且对分辨

率要求高于达到ps级别的场合无法适用。

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