ZHCT431 September 2023 LMG3522R030 , TMS320F280049C
1 引言
數據中心服務器電源單元斷電會導致從娛樂到金融交易再到家庭安防系統的所有方面發生中斷。諸如開源計算項目 (OCP) 中的 V2 電源架規范 [1] 等各種規范突顯出需要使用穩健的交流壓降控制算法來減少服務器停機時間。此外，在傳統的連續導通模式控制中，數據中心需要具有成本效益的解決方案來提高功率因數校正 (PFC) 輕負載和峰值效率，同時縮小無源器件，這變得越來越困難 [28]。
為了解決這個問題，TI 使用兩相集成三角電流模式 (iTCM) PFC 開發了基于氮化鎵 (GAN) 的高密度設計（圖 1）[9]。在高頻下運行的低值電感器使得此設計可實現高效率 (>99%) 和高功率密度 (120W/in3)。這些小型電感器在交流壓降恢復過程中存在一個獨特的問題，即只有幾微秒的開關導通時間也可能會產生超過 70A 的開關電流。此外，時序中的任何延遲也會導致出現明顯的反向電流，從而進一步加劇 PFC 的恢復問題。要將電流水平保持在安全水平并防止反向電流，需要開發一種新的解決方案來解決交流壓降和恢復問題。本文利用基于變頻、ZVS、5kW、基于 GaN 的兩相圖騰柱 PFC 參考設計 [10] 的實驗室驗證數據來討論此解決方案，表 1 列出了主要元件和系統規格。
圖 1 采用電感器和電流包絡的 iTCM 拓撲。表 1 采用電感器和電流包絡的 iTCM 拓撲。
| 參數 | 值 |
|---|---|
| 交流輸入 | 90V - 264V |
| 線頻率 | 50Hz 至 60Hz |
| 直流輸出 | 400V |
| 最大功率 | 5kW |
| 滿載時的保持時間 | 20ms |
| Lg，低頻電感器 | 140μH |
| Lb，高頻電感器 | 14μH |
| Cb，高頻阻斷電容器 | 1.5μF |
| 總諧波失真 (THD) | OCP v3 |
| 電磁干擾 (EMI) | 歐洲標準 (EN) 55022 A 級 |
| 運行頻率 | 可變，75kHz 至 1.2MHz |
| 微控制器 | TMS320F280049C [11] |
| 高頻 GaN 場效應晶體管 (FET) (S11、S12、S22、S21) | LMG3526R030 [12] |
| 低頻硅 FET (S3、S4) | IPT60R022S7XTMA1 |
| 尺寸 | 38mm × 65mm × 263mm |
| 功率密度 | 120W/in3 |