我最近與您分享了TI 全新 Piccolo? F28004x 微控制器 (MCU) 系列的生產(chǎn)公告，該系列針對電源控制應(yīng)用進行了優(yōu)化。

Piccolo F28004x 用于高性能電源控制的主要特性包括：

· 片上窗口比較器。

· 具有斜率補償?shù)目删幊虜?shù)模轉(zhuǎn)換器。

· 高分辨率脈沖寬度調(diào)制 (PWM) 一次性和全局重載功能可簡化變頻交錯式電源轉(zhuǎn)換器的實施。

· 可編程 PWM 消隱。

· 高分辨率 PWM 死區(qū)。

· 片上比較器和 PWM 定時器模塊之間的緊密耦合。

· 多個獨立的高速高分辨率模數(shù)轉(zhuǎn)換器。

· 具有可選并行控制律加速器的高性能浮點中央處理器。

兩個參考設(shè)計——交錯式 CCM 圖騰柱無橋功率因數(shù)校正 (PFC) 參考設(shè)計和高效、1.6kW 高密度基于 GaN 的 1MHz CRM 圖騰柱 PFC 轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計——展示了這些特性在實際系統(tǒng)中的優(yōu)勢。這些設(shè)計是圖騰柱功率因數(shù)校正 (PFC) 轉(zhuǎn)換器參考，非常適合用于電信、服務(wù)器和網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)和電動汽車 (EV) 車載充電 (OBC) 的電源應(yīng)用。

參考電壓水平（交流輸入，400V直流輸出）和效率（+98.7%）相似，并使用相似的組件（600V 柵極驅(qū)動器和氮化鎵 [GaN] 功率級）和特性（軟啟動、自適應(yīng)死區(qū)時間、相脫落）——但在實施中存在一些關(guān)鍵差異。

交錯式連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 參考設(shè)計展示了一個三相交錯式拓撲結(jié)構(gòu)（圖 1），以 100kHz PWM 進行開關(guān)，采用 CCM 操作。該技術(shù)通常用于 5kW 及以上需要在中等功率密度下實現(xiàn)高效率的應(yīng)用。由于開關(guān)損耗，開關(guān)頻率被限制在 200kHz 左右。

圖 1：用于交錯連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 參考設(shè)計的 PFC 拓撲

圖騰柱 PFC 轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計展示了一個兩相交錯拓撲（圖 2），開關(guān)在 1.2MHz PWM 的最大頻率下，具有臨界導(dǎo)通模式 (CRM) 操作。與 CCM 操作相比，CRM 模式避免了開關(guān)損耗，并在更高的 PWM 頻率下實現(xiàn)了持續(xù)的高效率。由于高頻，設(shè)計可以更小更密集，同時保持高效率。

圖 2：圖騰柱 PFC 轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計的 PFC 拓撲

主要挑戰(zhàn)是在整個交流周期內(nèi)跨線路和負載條件實現(xiàn)零電壓開關(guān) (ZVS)。當(dāng)輸入電壓增加到直流總線電壓值的一半以上時，這變得很困難，在這種情況下，您只能在沒有任何額外電流饋入電感器的情況下進行谷底開關(guān)。在谷底開關(guān)和不完全 ZVS 操作的情況下，金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管 (MOSFET) 的開關(guān)損耗將隨著開關(guān)頻率的增加而顯著增加。

在整個 AC 周期內(nèi)延長 ZVS 操作的解決方案是延長同步開關(guān)的導(dǎo)通時間，使電感器中有一個負電流，這將使漏源電壓擺動到零。圖 3 中描述了挑戰(zhàn)和解決方案。理論很簡單，但在整個負載和運行范圍內(nèi)實施起來非常具有挑戰(zhàn)性，并且依賴于 Piccolo F28004x 實時控制器的功能。

圖 3：CRM 與 CRC (ZVS) 技術(shù)

高效、1.6kW 高密度基于 GaN 的 1MHz CRM 圖騰柱 PFC 轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計是真正的尖端技術(shù)，其實施和效率能力超出了電源客戶目前市場上的產(chǎn)品。為了幫助您開發(fā)類似的產(chǎn)品，我們還提供了一套軟件工具來調(diào)整解決方案。用于 C2000? MCU的DigitalPower 軟件開發(fā)套件 (SDK)支持這兩種參考設(shè)計。

該 SDK 是一套完整的軟件基礎(chǔ)設(shè)施、工具和文檔，旨在最大限度地縮短基于 C2000 MCU 的數(shù)字電源系統(tǒng)的開發(fā)時間。該軟件包括在 C2000 數(shù)字電源評估模塊 (EVM) 上運行的固件和 TI 設(shè)計庫中的參考設(shè)計，并且是所有數(shù)字電源應(yīng)用的存儲庫。

DigitalPower SDK 中包含 powerSUITE，這是一個數(shù)字電源軟件設(shè)計工具包，其中包括以下組件：

· 解決方案適配器：自定義代碼示例以使用與 TI 解決方案相同的拓撲在示例或自定義硬件上運行。

· 補償設(shè)計器：設(shè)計數(shù)字補償器以實現(xiàn)您所需的閉環(huán)性能。

· 軟件頻率響應(yīng)分析儀 (SFRA)：繪制和測量開環(huán)增益（環(huán)路增益波特圖）和設(shè)備（功率級）頻率響應(yīng)，以評估和優(yōu)化數(shù)字電源控制環(huán)路的穩(wěn)定性和魯棒性，如圖所示圖 4。

圖 4：PowerSUITE SFRA 工具顯示交錯式 CCM 參考設(shè)計的 PFC 電壓環(huán)路響應(yīng)

我敢肯定，如果作為一名電源設(shè)計師，您已經(jīng)準備好開始了。玩得開心，祝您好運，并留意更多用于尖端電源控制的 TI 參考設(shè)計。