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【2018.12.4直播QA】TI 基于GaN 的高频(1.2MHz)高效率 1.6kW 高密度临界模式 (CrM) 图腾柱功率因数校正 (PFC) 转换器的应用介绍

Other Parts Discussed in Thread: SFRA, C2000WARE, LMG3410R070, SN74LVC1G3157, OPA237, TIDM-1007

直播讲师:王蕊

直播Q&A:

1、既然用GaN,为什么不是CCM?

A: CRM是电感电流临界导通模式,相比于CCM, 更容易实现软开关控制,实现高效率

2、F280049这颗IC,相对于以往的TI的Piccolo系列,有什么较大的改变,如ADC精度以及memory等方面???

A: 性价比的提高,包括工艺的改进,主频的提高和更多模拟部分的集成等等。

3、关于PFC技术,除了可以节省面积、成本(bom成本)等方面,还有那些技术优势

A: Gna 软开关PFC参考设计 除了可以实现高开关频率控制,还可以实现接近99%很高的效率

4、PFC图腾柱功率因素矫正在环路搭建时有哪些注意事项?环路参数调整有没有没有什么好的方法?

A: 加对电网电压锁相环控制,环路参数调整可以用SFRA工具辅助调节

5、TMS320C54x芯片属于哪类DSP

A: C5000系列,跟今天的C2000是两大不同的产品系列。

6、有没有什么好用的环路模拟仿真程序库包?

A: TI C2000提高SFRA (software frequency response analyzer)

7、1.2MHz的开关频率,是每个开关周期都进行一次环路运算吗?F280049主频100MHz,一个开关周期才83个CPU时钟,能把环路算完吗?

A: 请关注直播内容,并有基本的计算时间和内存分配benchmark

8、资料可以下载吗?

A: 可以的,请下载c2000ware digital power SDK

9、功率如此大,如何进行散热。该转换器所使用的主控芯片有什么特点。

A: 效率很高,实际损耗并不大,另外主控芯片集成了TMU,tpye-4 PWM,内部比较器模块等实现高精度PWM控制以及复杂算法控制

10、应用领域有哪些?

A: 开篇已经提到,包括服务器电源,通信电源,工业电源和车载OBC等

11、PFC 为什么效率高

A: 在整个电网电压输入范围基本上实现了ZVS软开关技术

12、开关电源带pfc功率校正是什么意思

A: 就是实现输入电流与电网电压同频同相控制,减少电流对电网的干扰

13、基于GaN 的高频(1.2MHz)高效率 1.6kW其转换率最大能达到多少?

A: 效率最高可以大98.7%

14、电源里主动PFC和被动PFC有什么区别

A: 主动PFC需要加控制芯片,对输入电流波形和相位进行调理,功率因数比较高

15、带pfc 输入电压和电流正比吗

A: 电网电压增加锁相环控制之后的信号, 与电流的峰值信号相乘就是电流的本周期的参考电流信号

16、如何选择PFC电路二极管来提高PFC电路效率?

A: 本方案是采用MOSFET来代替二极管,让电感能够有一定的负电流控制,实现更宽范围的ZVS软开关。

17、高密度临界模式 (CrM) 图腾柱 是什么概念?

A: 图腾柱pfc一种PFC的电路拓扑结构,临界模式CRM指电感电流控制是临界导通模式

18、pfc校正功率因素能到多少

A: 接近于1

19、是否有半桥或全桥封装?

A: 是半桥封装

20、死区时间最小到多少?

A: C2000最新的F28004x的高精度PWM可以支持死区模式,达到180p的精度,因此是它的倍数即可。

21、F280049pwm最高能出多少频率?

A: 可以比1.2MHz更高

22、图腾柱功率因数校正的原理是什么?为什么选用图腾柱功率因数校正?

A: 图腾柱PFC电路是最简单的PFC无桥的电路拓扑,能实现较高效率控制

23、TI 基于GaN 的高频(1.2MHz)高效率 1.6kW 高密度临界模式 (CrM) 图腾柱功率因数校正 (PFC)转换器的应用优势有哪些?

A: 应用优势是实现很宽范围的ZVS软开关,效率提高。

24、轻载时变压器噪声与重载时开关管尖峰是小功率开关电源的难点,TIDA-00961方案在这两方面有无更好解决?

A: TIDA 00961采用了interleave 两相交错PFC控制,轻载时只开一路PFC, 重载时开两路,在轻载时也能实现比较好的性能

25、C2000产品使用了GaN材料吗

A: 不是的,这是两个不同的部分。C2000实现数字控制,GaN实现功率驱动。

26、GAN对驱动电路有什么特殊要求?

A: LMG3410R070是把管子和驱动都集成在一起,并且集成了过压,过流,温度保护功能

27、ZVS检测是通过外围电路吗?ZVS控制的范围是?

A: 通过检测电感上的电压,经过RC滤波后送至MCU的比较模块,进行相关的ZVS环路控制

28、F280049主控芯片是集成PFC功能,还是方案需要额外的PFC芯片?

A: 不需要,使用F280049实现数字控制

29、TIDA-00961方案在多大功率以上的电源设计有更好的性价比优势?

A: TIDA 00961目前最高功率可以达到2KW

30、效率98.7%是怎么做到的,依靠哪些设计?

A: 跟普通的图腾柱pfc比较,方案改进了ZVS控制,即对电感电流在一个pwm周期内有一定的负电流控制,实现ZVS软开关,提高了效率

31、目前GaN是只有FET还是有有集成的电源芯片或模块了呢

A: LMG3410R070集成了GnNf管子,驱动,和相关保护

32、目前是在多少电压下工作的啊?

A: 可以支持220Vac和110Vac

33、电感如何优化?高频对电感影响很大吧

A: 高频电感可以设计的比较小,TIDA-00961采用的是15uH电感

34、增加交错并联的相数具有哪些特点?

A: 功率可以做的更大,同时电流谐波控制会更好

35、这么高的效率,,带载测试的实际效果?

A: 可以参考直播后面的实验波形

36、散热效果怎么样 需要强制散热吗

A: 不需要

37、为什么电压是85-265之间,超出电压是否有可能的环境?会怎样?

A: 超出电压需要进行过压保护

38、基于Gan的转换器开关动作频率有多高呢。

A: 可以达到1.2MHZ

39、图腾柱PFC相对于传统PFC有哪些优势?

A: 无桥PFC,效率可以更高

40、电源输入范围多大?满足110和220两种吗?

A: 满足

41、GaN可以在BLDC领域应用不?

A: 可以,TI有针对电机控制的参考方案

42、输出电压390V是个什么概念

A: 对输出电压进行恒压控制,即控制在390V左右

43、一般环路的调用周期和开关频率有没有一定的关系?

A: TIDA00961有三个环路控制,分别是电压环,电流环,和ZVS环, ZVS环是开关频率的1/3。

44、这种是什么模式的PFC?

A: 图腾柱 CRM 的PFC

45、GaN应用会降低过零点电流尖峰吗?

A: 需要在控制加入专门针对过流点时的控制,如主控管软起,各个开关管的合理的开通顺序等

46、功率因数非常接近1对电网有什么危害?

A: 接近于1,对电网影响就很小

47、一定需要锁相环来判断电网的过零点吗?采用锁相环的好处是什么?锁相环会增加程序的执行速率

A: 不需要判断过零点,好处就是锁相环输出是标准的正弦波,防止电网正弦波不高引起一些电流谐波增加

48、請問Blank的時間怎麼定義?

A: 使用内部PWM模块寄存器设置

49、ZVS的处理过程是硬件处理的吗,需要软件参与吗?

A: 硬件处理

50、所以Blank信号相对dsp是一个输入信号?

A: 是你自己可以设定的一个窗口

51、TMU有開根號的指令嗎?

A: TMU没有,但是FPU有

52、此PFC的效率如何?能达到多大的功率因数?

A: 99%和0.99以上

53、在控制环路中计算参数的原则是什么,硬件加速单元是怎样做到快速计算的,从10US到0.5US提高速率的原则是什么?计算公式这么复杂,都是可以自动计算吗,在设计中是否需要人工来计算这个复杂的公式?

A: 计算公式可以查看相关的文献,计算快速的原因是可以使用FPU和TMU通过硬件指令执行复杂的开方和除法以及三角运算。

54、F280049的AD采样,看课件上是有多个ADC转换器,是否说明可以进行同步采样?采用同一个触发条件,把280049的所有AD通道都完成一次采样最短需要多长时间?

A: 之前的芯片也可以同步采样,F280049有多个ADC转换器是既可以同步采样,还可以同步转换,转换速度是3.5MSPS

55、F28用的开发环境也是CCS吗?本方案的程序官方提供吗?

A: 是CCSv8,相关资料下载请参考问题#21的回答。

56、CLA能读取AD转换值和进行环路计算,以及PWM的CMP赋值吗?这样是不是说明整个控制环路都放在CLA里面?比如说通过PWM的某个条件触发一次就经行一次环路计算,以达到控制频率和开关频率同步的目的?

A: 是的,可以这么做

57、原理图中有没有OCP等保护电路?该保护功能怎么实现?

A: 使用片上CMPSS直接硬件保护

58、怎样快速看懂视频中这个SOLUTION:ONE SHOT标题页面里的这个图的原理

A: 可以查看F280049的TRM(technical reference manual)中对应的EPWM章节的详细描述

59、如果功率回路出现过流,如何实现其保护功能?

A: 保护是通过片上模块CMPSS硬件实现的

60、主要就是AD采集的处理,和PWM的输出控制,别的简单点的MCU也可以实现吧?

A: 原理上是的,但是ADC需要采样速度和精度,PWM需要高精度控制和对应的高频,还有两个模块之间的协同,以及刚才提到的许多PWM的实现细节,包括CPU的硬件支持一些快速运算,这些是通用MCU都不能实现的。

61、该方案中的CPU对于AD采集是不是要求很高,需要多高的精度。

A: 目前使用的的是12位模式

62、在高频开关下如何来保持控制的精确性和准确度

A: 采用28004x type4 HRPWM,实现对周期,占空比以及死区的高精度PWM控制。

63、如何避免在输入电压过零点时刻的电流尖峰?

A: 刚才介绍过使用片上EPWM的blanking功能

64、这个TFU加速单元只针对ZVS使用是吗?

A: ZVS并没有使用TMU,它是使用片上的CMPSS和PWM实现的,TMU是用于计算开关时间。另外它还可以完成涉及到三角运算的任何场合,比如电机控制的park变换。

65、F280049最大支持多大的闪存?

A: 256KB

66、AD的采样频率多快啊?

A: 3.5MSPS

67、采用氮化镓高频化的无桥PFC后,体积大大能变小吗,成本还是比较是升还是降了。

A: 能够大大提高功率密度

68、效率提高是怎么实现的?

A: 效率提高提高扩展ZVS软开关,控制电感电流有一定的负电流

69、TIDA-00961方案系统实时工作时钟是多少?ADC是多少位的?

A: 主频100MHz, ADC是12 位

70、TFU加速单元 有什么独特的地方么

A: TMU使用硬件指令执行除法和三角运算,可以在单周期内完成,与执行加法和乘法一样,传统的做法是使用函数库或者查表,分别需要占用很长的执行时间或者很大的内存空间。

71、输出功率多大?

A: 1.6KW

72、输出是不是变频的?

A: PWM控制是变频率的控制

73、TI功率因数校正 (PFC)转换器电路,输入滤波电容,功率开关管和输出二极管的设计如何取值的?

A: 具体可以看TIDA00961设计文档

74、TIDA-00961方案 有那些保护措施

A: LMG3410R070集成了对模块的过压,欠压,温度保护等

75、如果设计别的拓扑时开关频率和环路调用频率有没什么关系?

A: 电流环频率为50K,ZVS环频率是开关频率的1/3

76、这个器件可用于5G吗

A: 可以,而且后续我们还会推出降低成本的同类器件。

77、2KW功率工业电源图腾驱动。大约需要几个MOS并联

A: interleave两相pfc,还是用两个MOS管做低频控制

78、目前有没有根据ZVS检测调整续流管的导通时间?

A: 有,直播提到ZVS环控制就是调整续流导通时间

79、这个方案中电流环的控制采用了什么方式?

A: PI控制

80、GaN的开关频率是多少?开关损耗大吗?效率高吗?

A: 最高可以达到1.2M,由于采用了软开关技术,开关损耗比较小

81、输出能否串联或并联,提高输出电压或功率?

A: 方案是两相的交错pfc,提高输出功率

82、电源功率最大做到多少?

A: 目前方案最高做到2KW

83、这个方案有什么优势?

A: 高效率,高功率密度,尺寸小

84、可实现全范围ZVS控制有哪些要求?

A: 在电网输入电压大于1/2输出电压时,需要让电感电流有一定负的电流,这个负电流持续时间需要精确控制

85、400W的功率,大约需要几颗?

A: 单相pfc控制可以实现800W左右输出

86、CRM交错并联控制的难点在于又要过零点开通,又要交错开通,这个问题要说明白吧

A: CRM控制需要精度算出开关开通时间,关断时间,交错开通主要是两个PWM相位错开180度

87、MOSFET要选择多少V耐压的?

A: 600V

88、Slave Phase 不进行ZVS检测,能彻底实现ZVS吗?

A: ZVS是环路控制,在实时的调节,输出结果会调整PWM周期,两路PWM周期是一样的

89、并联可以提高?

A: 提供输出功率

90、TI的GaN产品是自己生产制造的?器件设计有有什么特点?

A: 是的,特点是集成管子,驱动,各种保护等,具体可以在官网上看相关LMG3410R070资料

91、98.7%是PFC效率,还是OBC效率?

A: PFC效率