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与碳化硅 (SiC)FET 和硅基FET 相比，氮化镓 (GaN) 场效应晶体管 (FET) 可显著降低开关损耗和提高功率密度。这些特性对于数$ p7 m& r; ?0 } M
字电源转换器等高开关频率应用大有裨益，可帮助减小磁性元件的尺寸。
0 u) @5 B5 }- ]. }8 u电力电子行业的设计人员需要采用新的技术和方法来提高GaN 系统的性能，在利用GaN 技术开发现代电源转换系统; N8 ]' ] Q5 l. H3 u% \
时，C2000™实时微控制器 (mcu) 可帮助应对各种设计挑战。3 [& a. v/ G# B/ k! v
C2000实时MCU 的优点
# n' [ F# h( l/ @* GC2000 MCU 等数字控制器具有出色的适用性，适合各种复杂的拓扑和控制算法，例如零电压开关、零电流开关或采用混合磁8 o: F# ?0 U8 n0 z& z6 u
滞控制的电感器-电感器-电容器 (LLC) 谐振直流/直流电源。& o q' U* P. I8 W2 y) a2 j: P
C2000 MCU 可提供以下优势：0 P/ ^# ?+ e! I5 o
复杂的时间关键型计算处理。C2000 MCU 拥有高级指令集，可显著减少复杂数学计算所需的周期数。计算时间减少8 d. f. B4 G: H/ h* J- L6 v
后，可以在不增加MCU 工作频率的情况下提高控制环路频率。 y5 {9 G7 ~# {' |% ?$ e
精确控制。C2000 MCU 中的高分辨率脉宽调制器 (PWM) 可提供 150ps的分辨率，而且内置的模拟比较器和可配置逻辑3 S$ y, r. ~) z" S* p
块 (CLB) 有助于安全处理出现的各种错误情况。
; Z1 f# ~/ r2 t软件和外设可扩展性。随着系统要求的变化，C2000™ 平台支持向上或向下扩展实时MCU 功能，同时保持软件投入，
% A" H7 K+ e* Q从而减少软件投入加快产品上市速度。例如， QX320F280025 等低成本C2000™ MCU 可在小型服务器电源中实现实时
. f6 S4 y% I, {( ? j( L处理和控制；而QX320F28379D 是高频率多相系统中的常用器件。但QX320F28379D 保持了和QX320F280025代码的
! t2 m+ Y+ J% @兼容性。
! n g/ X% @2 F0 b$ u/ ~: d使用C2000 MCU 应对GaN 开关挑战
0 T8 v1 | s4 T如前所述，实现更高的开关频率可减小开关转换器中磁性元件的尺寸，但同时这会带来许多控制方面的挑战。例如，在图腾柱4 R! Y0 L# j6 O/ o6 F3 V
功率因数校正 (Totem-pole PFC) 拓扑中，减小电感器的尺寸不仅会导致零交叉点处的电流尖峰增加，还会增加死区引起的第三4 W3 b5 X& w5 d* B5 e
象限损耗，这些影响综合起来会增加总谐波失真 (THD) 并降低效率。7 o, d* Q7 A5 M5 c2 S
为解决上述问题，C2000实时MCU 通过功能丰富的PWM 启用软启动算法，从而消除电流尖峰并改善THD。C2000 MCU 还拥
0 p9 v, g! J+ z$ S9 _有扩展的指令集、浮点运算单元 (FPU) 和三角函数加速器 (TMU)，进而显著降低PWM 导通时间等参数的计算时间。计算时间
0 T I5 [: H- R/ `0 B- v2 B9 R减少还可提高控制环路频率，再结合PWM 的 150ps分辨率，可帮助降低第三象限损耗。( v7 g `; v. M
使用TI GaN 技术连接C2000 MCU
* A1 P. W6 R+ ?* ?如图1所示，C2000 MCU、数字隔离器件和GaN FET 都是器件连接中必不可少的一部分。
* l3 r+ l6 |* M9 c; T* j% n1图 1：连接C2000 MCU、数字隔离器和600V GaN FET
" R8 w7 D; f' E' V6 V增强型数字隔离器可帮助抑制瞬态噪声并保护C2000 MCU。C2000 MCU 无需外部逻辑器件，利用其高分辨率 PWM、可配置) B5 u& T& A6 C% p l
逻辑块和增强型捕捉模块实现GaN FET 的安全性、温度和错误报告等所有功能，从而提供精确的控制输出。600V GaN FET 中
A# x# K+ g" K9 e7 g2 B" G+ ]的集成驱动器可减少由感应振铃导致的系统设计问题。综合使用这些器件便无需增加额外的外部元件，因而可降低总体成本。1 O) C0 c' g( N( c* c! G% d% }' ]
结束语
u+ ]9 }# f" k3 ]9 Z: p* W! R6 W0 BTI C2000实时MCU 和GaN FET 协调工作，可为现代数字电源系统提供灵活而简单的解决方案，同时也提供了先进的功能来实
, D9 S4 p8 S! t) P. [现高功率密度且高效的数字电源系统。我们的参考设计都经过全面测试并附有完善的文档说明，可帮助加速高效且高功率密度
6 U" P" s: Z+ ?: ^( K* \' i的数字电源系统的开发进程。
# S! @# ^& Y1 E9 M3 J其他资源
. D0 _0 o, r+ Z# r9 ]) B阅读白皮书《结合使用TI GaN FET和 C2000实时MCU实现高效的高功率密度数字电源系统》
0 g; A" Z. ] d7 K; m0 j: ]" y- q阅读技术文章《具有集成式驱动器和自我保护功能的GaN FET如何实现下一代工业电源设计》: e$ }3 }8 k; p( Q& |5 A/ f c: G
查看参考设计《采用C2000 MCU的双向高功率密度GaN CCM图腾柱PFC》。
; Q6 F1 K2 J W) Z$ d1 k阅读应用报告《GaN是否具有体二极管 – 了解GaN的第三象限操作》。1 Z: l9 m [6 z8 w/ x6 g/ f
观看TI培训视频“C2000可配置逻辑块 (CLB) 介绍”，详细了解可配置逻辑块的功能。
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