此參考設計是一種數字控制的緊湊型 1kW AC/DC 電源設計，適用于服務器電源單元 （PSU） 和電信整流器應用。這種高效的設計支持兩個主要功率級，包括前端連續導通模式 （CCM） 圖騰柱無橋功率因數校正 （PFC） 級。PFC 級采用 LMG341x GaN FET，帶有集成驅動器，可在較寬的負載范圍內提供更高的效率，并滿足 80 plus 鈦的要求。此參考設計還支持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 時實現 +12V 直流輸出。兩個控制卡使用 C2000? Piccolo? 微控制器來控制兩個功率級。

*附件：設計指南 — TIDA-010062.pdf

特征

• 80 plus 鈦金效率，η=>95% 在 20%-100% 負載下
• 基于 CCM GaN 的圖騰柱無橋 PFC 級，峰值效率為 >98.8%，由具有集成驅動器的 LMG341x GaN FET 實現
• 半橋 LMG342x GaN FET LLC 級，峰值效率>98.3%
• 快速負載瞬態，在 2.5A/μs 轉換速率下，Vo 變化在 300mV 以內
• 低 iTHD，10% 負載時為 <10%，20% 負載時為 <5%，>50% 負載時為 <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

設計參數

1. 概述

• ?設計名稱?：1-kW, 80+ Titanium, GaN CCM Totem Pole Bridgeless PFC and Half-Bridge LLC With LFU Reference Design
• ?應用領域?：服務器電源供應單元（PSU）和電信整流器
• ?主要特點?：高效率（>95%）、高功率密度（41 W/in3）、快速負載瞬態響應、低輸入總諧波失真（iTHD）

2. 系統描述

• ?功率級?：
  • 前端：連續導電模式（CCM）圖騰柱無橋功率因數校正（PFC）
  • 后端：半橋LLC隔離DC/DC級
• ?控制?：兩個C2000? Piccolo?微控制器分別控制PFC級和LLC級
• ?效率標準?：滿足80 Plus Titanium要求

3. 關鍵系統規格

• ?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
• ?動態響應?：負載瞬態變化時，輸出電壓變化在300 mV以內（2.5-A/μs斜率）

4. 硬件設計

• ?PFC級?：
  • 使用TI的LMG341x GaN FET與集成驅動器
    -圖騰柱無橋結構，減少反向恢復損耗
• ?LLC級?：
  • 使用LMG3422 GaN FET同步整流器
  • 交錯結構變壓器，減少鄰近效應
  • PCB繞組減少次級側繞組損耗
• ?控制卡?：
  • TMS320F280049, TMS320F280025或TMS320F280039 C2000? Piccolo?微控制器
• ?隔離與通信?：
  • 使用ISO7721和ISO7742數字隔離器
  • FSI（快速串行接口）實現初級側與次級側之間的通信

5. 軟件設計

• ?PFC級控制?：
  • 使用C2000Ware Digital Power SDK
  • 支持powerSUITE框架，提供圖形化界面進行參數配置
  • 包括開環、閉環電流控制和電壓閉環控制等實驗室
• ?LLC級控制?：
  • 同樣基于C2000Ware Digital Power SDK
  • 實現開環和閉環電壓控制，支持SFRA（系統頻率響應分析）
• ?實時仿真與調試?：
  • 使用Code Composer Studio (CCS)進行軟件開發和調試
  • 支持實時仿真，允許在MCU運行時更新調試窗口

6. 測試與驗證

• ?測試條件?：
  • 輸入電壓范圍：100-V至265-V AC
  • 輸出負載：電子可變負載或可變電阻負載，額定值≥15 V，電流變化范圍0 A至90 A
• ?測試設備?：
  • 隔離AC源、單相功率分析儀、數字示波器、高壓探頭、電流探頭、萬用表、電子或電阻負載、冷卻風扇
• ?測試結果?：
  • 驗證了系統的穩態性能和瞬態響應
  • 提供了效率、iTHD、功率因數等關鍵指標的數據