利用C2000實(shí)時(shí)MCU提高GaN數(shù)字電源設(shè)計(jì)實(shí)用性

與碳化硅 (SiC)FET 和硅基FET 相比，氮化鎵 (GaN) 場效應(yīng)晶體管 (FET) 可顯著降低開關(guān)損耗和提高功率密度。這些特性對(duì)于數(shù)字電源轉(zhuǎn)換器等高開關(guān)頻率應(yīng)用大有裨益，可幫助減小磁性元件的尺寸。

電力電子行業(yè)的設(shè)計(jì)人員需要采用新的技術(shù)和方法來提高GaN 系統(tǒng)的性能，在利用GaN 技術(shù)開發(fā)現(xiàn)代電源轉(zhuǎn)換系統(tǒng)時(shí)，C2000?實(shí)時(shí)微控制器 (MCU) 可幫助應(yīng)對(duì)各種設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。

C2000實(shí)時(shí)MCU的優(yōu)點(diǎn)

C2000 MCU 等數(shù)字控制器具有出色的適用性，適合各種復(fù)雜的拓?fù)浜涂刂扑惴?，例如零電壓開關(guān)、零電流開關(guān)或采用混合磁滯控制的電感器-電感器-電容器 (LLC) 諧振直流/直流電源。

C2000 MCU 可提供以下優(yōu)勢(shì)：

復(fù)雜的時(shí)間關(guān)鍵型計(jì)算處理。C2000 MCU 擁有高級(jí)指令集，可顯著減少復(fù)雜數(shù)學(xué)計(jì)算所需的周期數(shù)。計(jì)算時(shí)間減少后，可以在不增加MCU 工作頻率的情況下提高控制環(huán)路頻率。

精確控制。C2000 MCU 中的高分辨率脈寬調(diào)制器 (PWM) 可提供 150ps的分辨率，而且內(nèi)置的模擬比較器和可配置邏輯塊 (CLB) 有助于安全處理出現(xiàn)的各種錯(cuò)誤情況。

軟件和外設(shè)可擴(kuò)展性。隨著系統(tǒng)要求的變化，C2000平臺(tái)支持向上或向下擴(kuò)展實(shí)時(shí)MCU功能，同時(shí)保持軟件投入，從而減少軟件投入加快產(chǎn)品上市速度。例如， TMS320F280029C 等低成本C2000 MCU 可在小型服務(wù)器電源中實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)處理和控制；而TMS320F28379D是高頻率多相系統(tǒng)中的常用器件。但TMS320F28379D保持了和TMS320F280029代碼的兼容性。

使用C2000 MCU應(yīng)對(duì)GaN開關(guān)挑戰(zhàn)

如前所述，實(shí)現(xiàn)更高的開關(guān)頻率可減小開關(guān)轉(zhuǎn)換器中磁性元件的尺寸，但同時(shí)這會(huì)帶來許多控制方面的挑戰(zhàn)。例如，在圖騰柱功率因數(shù)校正 (Totem-pole PFC) 拓?fù)渲?，減小電感器的尺寸不僅會(huì)導(dǎo)致零交叉點(diǎn)處的電流尖峰增加，還會(huì)增加死區(qū)引起的第三象限損耗，這些影響綜合起來會(huì)增加總諧波失真 (THD) 并降低效率。

為解決上述問題，C2000實(shí)時(shí)MCU 通過功能豐富的PWM 啟用軟啟動(dòng)算法，從而消除電流尖峰并改善THD。C2000 MCU 還擁有擴(kuò)展的指令集、浮點(diǎn)運(yùn)算單元 (FPU) 和三角函數(shù)加速器 (TMU)，進(jìn)而顯著降低PWM 導(dǎo)通時(shí)間等參數(shù)的計(jì)算時(shí)間。計(jì)算時(shí)間減少還可提高控制環(huán)路頻率，再結(jié)合PWM 的 150ps分辨率，可幫助降低第三象限損耗。

使用TI GaN技術(shù)連接C2000 MCU

如圖1所示，C2000 MCU、數(shù)字隔離器件和GaN FET 都是器件連接中必不可少的一部分。

圖1：連接C2000 MCU、數(shù)字隔離器和600V GaN FET

增強(qiáng)型數(shù)字隔離器可幫助抑制瞬態(tài)噪聲并保護(hù)C2000 MCU。C2000 MCU 無需外部邏輯器件，利用其高分辨率 PWM、可配置邏輯塊和增強(qiáng)型捕捉模塊實(shí)現(xiàn)GaN FET 的安全性、溫度和錯(cuò)誤報(bào)告等所有功能，從而提供精確的控制輸出。600V GaN FET 中的集成驅(qū)動(dòng)器可減少由感應(yīng)振鈴導(dǎo)致的系統(tǒng)設(shè)計(jì)問題。綜合使用這些器件便無需增加額外的外部元件，因而可降低總體成本。

結(jié)束語

TI C2000實(shí)時(shí)MCU 和GaN FET 協(xié)調(diào)工作，可為現(xiàn)代數(shù)字電源系統(tǒng)提供靈活而簡單的解決方案，同時(shí)也提供了先進(jìn)的功能來實(shí)現(xiàn)高功率密度且高效的數(shù)字電源系統(tǒng)。我們的參考設(shè)計(jì)都經(jīng)過全面測(cè)試并附有完善的文檔說明，可幫助加速高效且高功率密度的數(shù)字電源系統(tǒng)的開發(fā)進(jìn)程。

審核編輯：湯梓紅