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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( @% Z k9 R7 d# g- ^. G+ |
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。
/ u; g* O7 \7 _: c/ G: ?3 j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
/ o; v4 T; n* G: O j* r/ z$ c时，C2000™实时微控制器 (mcu) 可帮助应对各种设计挑战。0 `, l. K v6 o; p: m5 l1 f
C2000实时MCU 的优点
2 t1 i t" V1 [) w" B( Y1 k WC2000 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
& Z1 U5 o: O$ o6 \% o- W& K+ _滞控制的电感器-电感器-电容器 (LLC) 谐振直流/直流电源。
; ` l" ^- u" L3 {# V& ^ Q9 _" KC2000 MCU 可提供以下优势：
2 ^3 A0 r7 _0 \- h$ q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
/ q7 ^: }# F: I/ K; F( Y: N后，可以在不增加MCU 工作频率的情况下提高控制环路频率。
# P- t3 C) F% V, M5 _: `2 m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- Y% N% a# F* ^6 ^0 ?+ `
块 (CLB) 有助于安全处理出现的各种错误情况。
9 k) [% q( J; x/ H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，
+ H$ R6 |& @5 t/ w' k5 g c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) s) d2 w+ X# u
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
8 p* A1 A1 ~: q& y9 P兼容性。- S0 f6 n r1 L. l! `( G# B9 f+ q1 {
使用C2000 MCU 应对GaN 开关挑战: A& X0 j; ]8 _& o" b/ {+ ]5 l
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3 H- r' R) o, @9 z/ C& n7 o& X
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
8 b. P% @: ^; z+ V4 b' r3 I/ w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。$ E$ i1 ^2 ~2 P A! ]. y: j
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, B5 C. X9 }& R8 s) }* A( P
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
6 v' l. a8 P# V: D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。0 c* i# y( q$ N& ~
使用TI GaN 技术连接C2000 MCU
, R& N& t3 e9 H2 Q9 V: s9 n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。
, Z8 \4 x9 n" Y7 H2 h# N2 ^5 y1图 1：连接C2000 MCU、数字隔离器和600V GaN FET
* ~$ \& y2 _) @2 T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
1 Z! K; `- S( _8 N$ A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
% m( ?: I% l# ^# ?4 O x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。
' V5 G3 [7 w; ]6 I. G1 B; {0 R结束语
$ S) A5 n& }! MTI 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
, O9 h3 T8 f+ ^- S, n' N, b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" ~9 O5 j( H) h: J( {) V
的数字电源系统的开发进程。$ r/ }* R8 q$ ?, n/ ?% I, ]
其他资源7 R. [6 Q2 T5 T6 b- [0 p
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》
/ }( t/ F! G0 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》
; k, q( _) e, o: |6 U查看参考设计《采用C2000 MCU的双向高功率密度GaN CCM图腾柱PFC》。
2 E' Q5 `* V4 f7 p# Y: Z0 U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》。5 z2 O, y" C( k/ E
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。4 F# Y/ ~ k" o8 k5 w
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