基于 GaN 的交错式 CCM 图腾柱无桥 PFC 参考设计

使用 C2000™ MCU 和 LMG3410 控制交错连续导通模式 (CCM) 图腾柱 (TTPL) 无桥功率因数校正功率级的方法，LMG3410 是一种单通道 GaN 功率级一个 70-mΩ、600-V GaN 功率晶体管和专用驱动器。
目标应用包括电动汽车的车载充电器、电信整流器、电机驱动器、焊接电源和其他工业交流供电转换器。
该设计支持用于提高效率的切相和自适应死区时间、用于提高轻负载功率因数的输入电容补偿方案，以及用于降低瞬态电压尖峰的非线性电压环路。
此参考设计提供的硬件和软件可加快上市时间。该参考设计的特点包括：

交错式 3.3kW 单相无桥 CCM 图腾柱 PFC 级
100kHz PWM 切换
可编程输出电压，标称 380Vdc
总谐波失真小于 2%
大于 98% 的峰值效率
powerSUITE™ 支持轻松适应用户要求的设计
用于快速测量开环增益的软件频率响应分析仪 (SFRA)
pwm 软启动以减少 TTPL PFC 中的零电流尖峰
使用驱动程序库对 F28004x 的软件支持
在 C28x 或 CLA 上运行控制循环时保持相同的源代码

相脱落以提高效率通过优化导通和开关损耗，切相可以成为提高交错应用效率的有效技术。在这个设计中有三个阶段，所以三种不同的配置是可能的，如下图所示：

TTPL PFC 上的切相选项（点击图片放大）
在这些模式中的每一个中，必须调整它们中的每一个之间的相移。在两相模式下，脉宽调制器之间需要 180° 的相移，而在三相模式下，需要 120° 的相移。
可以根据不同的参数来决定是否进行切相，例如 RMS 电流、功率、峰值电感电流等。使用 RMS 电流时，相位变化可能会显着延迟。下图显示了根据 RMS 电流进行决策时的切相。在添加阶段之前，代码需要多个 AC 周期。

添加相位的决定基于 RMS 计算时的波形。
对于许多应用程序来说，这种延迟可能是不可接受的。因此，电压控制器输出被选为下降或增加相位的决策点。如下图所示构建了一个状态机，在切相点周围构建了一些滞后。

用于切相控制的状态机（点击图片放大）
本参考设计中使用的关键组件

LMG3410 GaN 功率级

LMG3410 单通道 GaN 功率级包含一个 70-mΩ、600-V GaN 功率晶体管和采用 8-mm × 8-mm QFN 封装的专用驱动器。直接驱动架构用于创建常关器件，同时提供 GaN 功率晶体管的本机开关性能。
当 LMG3410 未通电时，集成的低压硅 MOSFET 通过其源极关闭 GaN 器件。在正常操作中，低压硅 MOSFET 持续保持导通，而 GaN 器件直接从内部产生的负电压电源进行门控。
集成驱动器提供额外的保护和便利功能。快速过流、过热和欠压锁定 (UVLO) 保护有助于创建故障安全系统。设备的状态由 FAULT 输出指示。一个内部 5V 低压差稳压器可以提供高达 5mA 的电流来为外部信号隔离器供电。
最后，外部可调压摆率和低电感 QFN 封装可最大限度地减少开关损耗、漏极振铃和电噪声产生。

UCC27712 600V 高侧栅极驱动器

本设计中使用的 UCC27714 是一款 600V 高侧、低侧栅极驱动器，具有 4A 拉电流和 4A 灌电流能力，旨在驱动功率 MOSFET 或 IGBT。该器件由一个接地参考通道 (LO) 和一个浮动通道 (HO) 组成，设计用于使用自举电源运行。
该器件具有出色的稳健性和抗噪能力，能够在 HS 引脚上高达 -8Vdc 的负电压（VDD = 12V）下保持操作逻辑。

用于实时控制的 C2000™ MCU F28004x

C2000 MCU 是用于实时控制应用的优化 MCU 系列的一部分。快速且高质量的模数控制器能够准确测量电流和电压信号，集成比较器子系统 (CMPSS) 可在不使用任何外部设备的情况下提供过流和过压保护。优化的 CPU 内核可实现控制循环的快速执行。
使用片上三角数学单元 (TMU) 加速三角运算。该解决方案还提供了在 F28004x 和 F2837x 上使用控制律加速器 (CLA) 的选项。CLA 是一种协处理器，可用于减轻 CPU 负担并在 C2000 MCU 上实现更快运行的循环或更多功能。

设计指南