在全球能源轉型、越來越多國家和地區作出碳中和承諾的背景下，能源議題一直都是近幾年熱烈討論的話題，核心精神就是能源可以高效率使用跟減少浪費，這就讓各國的能源政策頻頻往電動車、再生能源、儲能系統、智慧電網…等方向發展，而電力的型態分為交流電與直流電，發電廠跟輸配電網以交流形式傳輸能量，太陽光電系統則產生直流電經由逆變器轉換成交流電，而電動車和儲能電池則主要利用直流電，在不同的系統就需要搭配相對應的電源轉換。

在電源轉換器領域過往都是以單向單級架構來完成交流轉換直流或是反之，其經典的範例就以UPS (Uninterruptible Power Supply)不斷電系統做為代表，由交流電轉換直流電並透過Charger充電器對電池蓄能，當發生輸入電壓來源異常或遭遇斷電則立即由電池提供直流電經由Inverter逆變器轉換為交流繼而對後端負載供電。

接著以這樣的架構再延伸就是儲能系統的基本，因其為能源基礎建設的一種，會與電力電網接續在一起，主要功能是起到電網能量調節，目的為削峰填谷太陽能光電和風力等…再生能源有效發電時或在用電於低谷期時，將電能儲蓄至電池系統，當用電高峰時輸出能量到電網來減輕主要發電廠的負荷，儲能組成的子系統有各自的複雜度，而且需要即時性的管理。

而在電動車和充電樁應用上，則有提倡V2X (Vehicle-to-everything) 即「車輛到萬物」是電動車雙向充放電技術總稱，根據在何處使用來自電動車輛的能量，一般會使用不同的術語，包含車輛到電網(Vehicle-to-grid, V2G)、車輛到住宅(Vehicle-to-home, V2H) 、車輛到建築/公司(Vehicle-to-building / business, V2B)等，將電動汽車作為一個分佈式儲能單元。

在電動車的設計挑戰則是在空間限制，傳統的單向單級架構體積過大，不適用於車輛上面，新型Bi-direction Power Converter (雙向電源轉換器)的發展就因應而來調節能量交換。

Microchip新推出11KW Totem Pole PFC Reference design solution能實現系統需求可靠穩定併電網操作、降低轉換損耗、增加功率密度，降低開發難度及周期。

而此參考設計的優點則有：

1. 圖騰柱架構可實現電源雙向變換操作
2. 三相交錯操作可減低漣波電壓跟有效降低輸出電流總諧波失真
3. Microchip的車規級零件在車用環境穩定度與認證
4. 支持單相與三相交流電輸入功因校正與換向逆變輸出交流電模式
5. 電網電流量測設計，確保換向逆變工作時提供的正弦電流與電網同相位

整套參考設計已接近原型機，功率元件布局和散熱片配置經過熱流分析考量，系統組成區分成功率底板、雙核心控制子板、隔離電壓採集板卡、隔離CAN BUS (Controller Area Network)控制器區域網路通訊板卡以及週邊抗雜訊設計能有效提高穩定度與安全性。

dsPIC33CH雙核心控制子板帶有高速DSP(Digital Signal Process)數位信號處理運算能力，其主核心工作頻率為90MHz 適合用在通訊跟系統管理，副核心工作頻率為100MHz，處理電源轉換控制的工作。

其電源控制使用的PWM模組(Pulse-Width Modulation，脈波寬度調變)擁有250ps (Pico second，皮秒)等級的高解析度，以合適的工作頻率提高電源轉換效率，加上平滑的交流過零點處理，控制正負半周切換，實現較高功率因數饋送電流。

而在MPLAB X IDE開發環境上搭配MPLAB Code Configurator (MCC)圖形化工具

來產生各類週邊模組的初始化底層驅動，以及Power Smart Digital Control Library Designer(DCLD)數位電源控制參數套件輔以極零點補償器的控制代碼。

功率元件則使用SiC (Silicon Carbide，碳化矽)零件，其優勢特點有耐高壓高溫，在高頻狀態下仍可以維持優異的效能和穩定度，同時擁有開關速度快、尺寸小、散熱迅速等特性，當晶片面積大幅減少後，有助於簡化周邊電路設計，進而減少模組及冷卻系統的體積。

雙向電源轉換的控制相對於以往單向單級控制複雜度更高，Microchip持續不斷的在這個應用市場拓展開發技術，其流程包含電路模擬/控制碼模擬/熱流模擬…等等的高真實度模擬來確定設計內容正確性與穩定度，才進而用實體元件製作展示板來與模擬結果比對，測試結果其誤差相當小，這樣的設計流程能大幅減少反覆驗證實驗的廢棄損耗與時間，更是節能減碳的體現。

[1] Microchip, https://reurl.cc/V4YoDy

[2] 11 kW Totem-Pole Demonstration Application, Microchip, https://reurl.cc/3eKQY8

[3] Offline UPS Reference Design Using the dsPIC® DSC, Microchip, https://reurl.cc/6QKR5V

[4] Billion Watts, https://reurl.cc/v6Qx7N

[5] A problem becomes a solution – with V2X, mobility, https://www.mobility.ch/en/v2x