與碳化硅 (SiC)FET 和硅基FET 相比，氮化鎵 (GaN) 場效應晶體管 (FET) 可顯著降低開關損耗和提高功率密度。這些特性對于數字電源轉換器等高開關頻率應用大有裨益，可幫助減小磁性元件的尺寸。

電力電子行業的設計人員需要采用新的技術和方法來提高GaN 系統的性能，在利用GaN 技術開發現代電源轉換系統時，C2000?實時微控制器 (MCU) 可幫助應對各種設計挑戰。

C2000實時MCU的優點

C2000 MCU 等數字控制器具有出色的適用性，適合各種復雜的拓撲和控制算法，例如零電壓開關、零電流開關或采用混合磁滯控制的電感器-電感器-電容器 (LLC) 諧振直流/直流電源。

C2000 MCU 可提供以下優勢：

復雜的時間關鍵型計算處理。C2000 MCU 擁有高級指令集，可顯著減少復雜數學計算所需的周期數。計算時間減少后，可以在不增加MCU 工作頻率的情況下提高控制環路頻率。

精確控制。C2000 MCU 中的高分辨率脈寬調制器 (PWM) 可提供 150ps的分辨率，而且內置的模擬比較器和可配置邏輯塊 (CLB) 有助于安全處理出現的各種錯誤情況。

軟件和外設可擴展性。隨著系統要求的變化，C2000平臺支持向上或向下擴展實時MCU功能，同時保持軟件投入，從而減少軟件投入加快產品上市速度。例如， TMS320F280029C 等低成本C2000 MCU 可在小型服務器電源中實現實時處理和控制；而TMS320F28379D是高頻率多相系統中的常用器件。但TMS320F28379D保持了和TMS320F280029代碼的兼容性。

使用C2000 MCU應對GaN開關挑戰

如前所述，實現更高的開關頻率可減小開關轉換器中磁性元件的尺寸，但同時這會帶來許多控制方面的挑戰。例如，在圖騰柱功率因數校正 (Totem-pole PFC) 拓撲中，減小電感器的尺寸不僅會導致零交叉點處的電流尖峰增加，還會增加死區引起的第三象限損耗，這些影響綜合起來會增加總諧波失真 (THD) 并降低效率。

為解決上述問題，C2000實時MCU 通過功能豐富的PWM 啟用軟啟動算法，從而消除電流尖峰并改善THD。C2000 MCU 還擁有擴展的指令集、浮點運算單元 (FPU) 和三角函數加速器 (TMU)，進而顯著降低PWM 導通時間等參數的計算時間。計算時間減少還可提高控制環路頻率，再結合PWM 的 150ps分辨率，可幫助降低第三象限損耗。

使用TI GaN技術連接C2000 MCU

如圖1所示，C2000 MCU、數字隔離器件和GaN FET 都是器件連接中必不可少的一部分。

圖1：連接C2000 MCU、數字隔離器和600V GaN FET

增強型數字隔離器可幫助抑制瞬態噪聲并保護C2000 MCU。C2000 MCU 無需外部邏輯器件，利用其高分辨率 PWM、可配置邏輯塊和增強型捕捉模塊實現GaN FET 的安全性、溫度和錯誤報告等所有功能，從而提供精確的控制輸出。600V GaN FET 中的集成驅動器可減少由感應振鈴導致的系統設計問題。綜合使用這些器件便無需增加額外的外部元件，因而可降低總體成本。

結束語

TI C2000實時MCU 和GaN FET 協調工作，可為現代數字電源系統提供靈活而簡單的解決方案，同時也提供了先進的功能來實現高功率密度且高效的數字電源系統。我們的參考設計都經過全面測試并附有完善的文檔說明，可幫助加速高效且高功率密度的數字電源系統的開發進程。

審核編輯：湯梓紅