此參考設(shè)計(jì)是一種數(shù)字控制的緊湊型 1kW AC/DC 電源設(shè)計(jì)，適用于服務(wù)器電源單元 （PSU） 和電信整流器應(yīng)用。這種高效的設(shè)計(jì)支持兩個(gè)主要功率級，包括前端連續(xù)導(dǎo)通模式 （CCM） 圖騰柱無橋功率因數(shù)校正 （PFC） 級。PFC 級采用 LMG341x GaN FET，帶有集成驅(qū)動器，可在較寬的負(fù)載范圍內(nèi)提供更高的效率，并滿足 80 plus 鈦的要求。此參考設(shè)計(jì)還支持LMG3422 GaN FET 半橋電感器-電感器電容器 （LLC） 隔離式直流/直流級，可在 1kW 時(shí)實(shí)現(xiàn) +12V 直流輸出。兩個(gè)控制卡使用 C2000? Piccolo? 微控制器來控制兩個(gè)功率級。

*附件：設(shè)計(jì)指南 — TIDA-010062.pdf

特征

• 80 plus 鈦金效率，η=>95% 在 20%-100% 負(fù)載下
• 基于 CCM GaN 的圖騰柱無橋 PFC 級，峰值效率為 >98.8%，由具有集成驅(qū)動器的 LMG341x GaN FET 實(shí)現(xiàn)
• 半橋 LMG342x GaN FET LLC 級，峰值效率>98.3%
• 快速負(fù)載瞬態(tài)，在 2.5A/μs 轉(zhuǎn)換速率下，Vo 變化在 300mV 以內(nèi)
• 低 iTHD，10% 負(fù)載時(shí)為 <10%，20% 負(fù)載時(shí)為 <5%，>50% 負(fù)載時(shí)為 <2%
• 功率密度 41 W/in3,38 mm x 66 mm x 160 mm
• 基于快速串行接口 （FSI） 的 PFC 或 DC/DC 通信

設(shè)計(jì)參數(shù)

1. 概述

• ?設(shè)計(jì)名稱?：1-kW, 80+ Titanium, GaN CCM Totem Pole Bridgeless PFC and Half-Bridge LLC With LFU Reference Design
• ?應(yīng)用領(lǐng)域?：服務(wù)器電源供應(yīng)單元（PSU）和電信整流器
• ?主要特點(diǎn)?：高效率（>95%）、高功率密度（41 W/in3）、快速負(fù)載瞬態(tài)響應(yīng)、低輸入總諧波失真（iTHD）

2. 系統(tǒng)描述

• ?功率級?：
  • 前端：連續(xù)導(dǎo)電模式（CCM）圖騰柱無橋功率因數(shù)校正（PFC）
  • 后端：半橋LLC隔離DC/DC級
• ?控制?：兩個(gè)C2000? Piccolo?微控制器分別控制PFC級和LLC級
• ?效率標(biāo)準(zhǔn)?：滿足80 Plus Titanium要求

3. 關(guān)鍵系統(tǒng)規(guī)格

• ?輸入電壓?：100-V至265-V AC RMS
• ?輸出電壓?：+12 V DC
• ?輸出功率?：1 kW
• ?峰值效率?：
  • PFC級：>98.8%
  • LLC級：>98.3%
• ?功率密度?：41 W/in3
• ?動態(tài)響應(yīng)?：負(fù)載瞬態(tài)變化時(shí)，輸出電壓變化在300 mV以內(nèi)（2.5-A/μs斜率）

4. 硬件設(shè)計(jì)

• ?PFC級?：
  • 使用TI的LMG341x GaN FET與集成驅(qū)動器
    -圖騰柱無橋結(jié)構(gòu)，減少反向恢復(fù)損耗
• ?LLC級?：
  • 使用LMG3422 GaN FET同步整流器
  • 交錯(cuò)結(jié)構(gòu)變壓器，減少鄰近效應(yīng)
  • PCB繞組減少次級側(cè)繞組損耗
• ?控制卡?：
  • TMS320F280049, TMS320F280025或TMS320F280039 C2000? Piccolo?微控制器
• ?隔離與通信?：
  • 使用ISO7721和ISO7742數(shù)字隔離器
  • FSI（快速串行接口）實(shí)現(xiàn)初級側(cè)與次級側(cè)之間的通信

5. 軟件設(shè)計(jì)

• ?PFC級控制?：
  • 使用C2000Ware Digital Power SDK
  • 支持powerSUITE框架，提供圖形化界面進(jìn)行參數(shù)配置
  • 包括開環(huán)、閉環(huán)電流控制和電壓閉環(huán)控制等實(shí)驗(yàn)室
• ?LLC級控制?：
  • 同樣基于C2000Ware Digital Power SDK
  • 實(shí)現(xiàn)開環(huán)和閉環(huán)電壓控制，支持SFRA（系統(tǒng)頻率響應(yīng)分析）
• ?實(shí)時(shí)仿真與調(diào)試?：
  • 使用Code Composer Studio (CCS)進(jìn)行軟件開發(fā)和調(diào)試
  • 支持實(shí)時(shí)仿真，允許在MCU運(yùn)行時(shí)更新調(diào)試窗口

6. 測試與驗(yàn)證

• ?測試條件?：
  • 輸入電壓范圍：100-V至265-V AC
  • 輸出負(fù)載：電子可變負(fù)載或可變電阻負(fù)載，額定值≥15 V，電流變化范圍0 A至90 A
• ?測試設(shè)備?：
  • 隔離AC源、單相功率分析儀、數(shù)字示波器、高壓探頭、電流探頭、萬用表、電子或電阻負(fù)載、冷卻風(fēng)扇
• ?測試結(jié)果?：
  • 驗(yàn)證了系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)性能和瞬態(tài)響應(yīng)
  • 提供了效率、iTHD、功率因數(shù)等關(guān)鍵指標(biāo)的數(shù)據(jù)