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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。

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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。

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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。

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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

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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。