数字电源设计包括功率级和控制级。此设计中的功率级设计类似于所有其他升压 PFC 设计，与 1kW、80 Plus titanium、GaN CCM 图腾柱无桥 PFC 和半桥 LLC 参考设计 (TIDA-010062) 的设计流程类似。图 2-2 显示了功率级设计参数。

图 2-2 功率级设计参数

以下关键考虑因素适用于控制阶段设计：

• 输入电流检测

  在图腾柱 PFC 中，大多数交流电流检测使用隔离式电流传感器，例如霍尔传感器、隔离式放大器和电流互感器。从常识来看，模拟隔离比数字隔离更具挑战性。例如，与非隔离放大器相比，霍尔传感器和隔离放大器具有相对较低的带宽和较长的传播延迟。但是，处理 PWM 驱动隔离要轻松得多。在此设计中，MCU 的接地改为 MOSFET 桥臂的中点。这种细微的变化允许使用分流电阻器并通过非隔离放大器来感测电流。

  选择具有 50MHz GBW 的 OPA607 运算放大器，该高速放大器有助于 MOSFET 上的电流环路控制和过流保护。输入电流检测比设置为 0.033V/A，感测范围为 –48A 至 +48A。

• 直流链路电压感测

  在 MOSFET 桥臂的中间位置设置控制器的接地后，直流链路相对于控制器接地具有较高的共模电压。必须使用电阻分压器很好地抑制这种共模电压，而放大器的 CMRR 用于消除这种干扰。

  CMRR 20µV/V 是 LM358B 的一个通道，用于通过差分放大电路来感测直流链路电压。直流链路电压感测比设置为 0.0072，感测范围设置为 0V 至约 462V。

• 输入交流电压感测

  交流线路电压在半个周期内为负，因此 0V 输入必须偏移至 1.65V 输出。LM358B 的另一个通道用于感测交流线路电压，它执行标度并同时引入 1.65V 偏移。交流电压感测比设置为 0.0037，感测范围设置为 –471V 至 +471V。

• 输入 OCP（过流保护）

  输入 OCP 可以通过 C2000 中集成的 CMPSS 模块来实现，但在此设计中，用于 MOSFET 桥臂的额外硬件 OCP 是多余的。输入电流是双向的，因此需要一个双通道比较器来实现保护。此设计使用 TLV3502 设置带迟滞环路的双向电流保护。保护阈值设置为 –48A 和 +50A，具有迟滞。

• 直流母线 OVP（过压保护）

  由于直流总线过压非常危险，会导致财产损失，因此本参考中包含硬件 OVP。在验证固件 OVP 功能良好之前，强烈建议这样做。此硬件 OVP 可通过 LM358B 的一个通道轻松实现，OVP 阈值设置为 445V，具有 15V 迟滞。

• GaN FET 驱动

  此设计使用 LMG3422EVM-043 GaN 半桥 EVM 作为开关臂。EVM 板包括两个 ISO7741 隔离器和两个 SN6505 隔离式直流/直流变压器驱动器，适用于高侧和低侧 GaN FET。所以，GaN 桥可直接由 MCU 驱动。

  注： 对于 EVM 板：LMG3422EVM-043 在 ISO7741 V_CC 的 MCU 侧使用 5V。这在功能上适用于 3.3V MCU 逻辑，但需要更改为 3.3V 以匹配逻辑电平。
• MOSFET 驱动

  由于控制器的接地设置在 MOSFET 桥臂的中间，当高侧 MOSFET 导通时，低侧 MOSFET 的电压为 –400V，因此在这种情况下需要功能性隔离驱动器。当 PCB 布局空间非常有限时，可以使用采用 VLGA 封装的 UCC21225A，但在本设计中，采用 SO-16 封装的 UCC21222 是性价比更高的选择。UCC21222 和 UCC21225A 都可以使用死区配置来实现互锁功能。

• 浪涌保护

  所有 PFC 级都需要处理交流电源开启期间的浪涌电流。通常使用机械继电器和电阻器或 PTC 来执行电流限制。但是，当电流大于 16A 时，继电器会变得非常笨重且难以选择。因此，在本设计中，浪涌继电器被具有隔离驱动的 MOSFET 取代。由于 MOSFET 体二极管的原因，它不能阻挡从源极到漏极的电流，为了避免这种情况，它必须使用两个背对背 MOSFET，浪涌 MOSFET 放置在直流链路侧。