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Microchip dsPIC33C 應用於SiC 及 GaN之參考設計
 

【作者: 陳建男】   2020年10月26日 星期一

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隨著5G、AI及物聯網世代逐步來臨,以及功率元件碳化矽(Silicon Carbide, SiC)、氮化鎵(Gallium Nitride, GaN)技術成熟催化之下,高效率、低功耗和高功率密度電源設計需求勢必日益普及。為符合市場需求,Microchip在16位元dsPIC33系列產品不斷開發進步,從最早dsPIC33F單核心數位控制器,至今擴展到dsPIC33CK單核心與dsPIC33CH雙核心數位控制器,為使用者提供多元化選擇。乃至開發工具方面,Microchip提供Digital Power Development Board(DM330029),如(圖一)所示,結合不同型號的Digital Power PIM,如(圖二),可靈活的測試及評估Microchip全系列dsPIC33,加速熟悉dsPIC33與產品開發。



不僅如此,客戶所引頸期盼,針對成熟的SiC和新興的GaN等相關應用,Microchip也推出30kW Vienna 3-Phase Power Factor Correction(PFC)參考設計,除了採用Microchip高效能的SiC功率元件,並在2020年協同Efficient Power Conversion(EPC)和Transphorm合作夥伴分別開發1/16th Brick Power Module和Bridgeless Totem-Pole PFC,其相關介紹如下:


(1)30kW Vienna 3-Phase Power Factor Correction(PFC)參考設計


參考(圖三),控制核心採用dsPIC33CH256MP506雙核DSC,硬體上則採用Microchip 700V SiC MOSFETs和1200V SiC diodes,於30kW輸出下,最大效率可達98.6%,而半載及滿載電流THD < 5%。Microchip除了提供完整參考設計文件,也提供Piecewise-Linear Electrical Circuit Simulation(PLECS)模擬檔,使用者可在開發初期,先經由模擬評估其可行性與預估效能。有興趣的讀者,可到microchip.com/SiC 下載相關產品規格及應用文件。



(2)EPC9143 300W 1/16th Brick Power Module參考設計


參考(圖四),該參考設計輸入電壓為48V,輸出電壓為12V,輸出電流為25A,峰值效率 > 95%,最大功率密度為730W / in3,可廣泛應用於數據中心、電信和汽車等電源應用;結合dsPIC33CK DSC控制,充分發揮GaN FET的高性能,實現高切換頻率Intermediate Bus Converter(IBC)應用。在韌體控制方面,此參考設計提供Average Current Mode Control (ACMC)及Advanced Type IV Voltage Loop Control (AVMC)兩種截然不同的控制模式供參考,使用者可針對自身實際需求選擇最佳控制模式。



(3)TDTTP4000W066C 4kW Bridgeless Totem-Pole PFC


(圖五)為4kW Bridgeless Totem-Pole PFC參考設計,透過Microchip的dsPIC33CK,實現高效率及高效能AC/DC轉換,其主要硬體設計規格為:


‧ 輸入電壓85 VAC ~ 265 VAC, 47Hz - 63Hz


‧ 輸入電流18A, 2000W@115 VAC / 4000W@230 VAC


‧ 輸出電壓 387 VDC


韌體控制方面,電壓和電流環補償器採用2P2Z演算法,並結合Feed Forward 控制,改善輸入電流THD,使其Power Factor > 0.99。



欲獲得更多數位電源相關訊息及開發工具,請參考官方網站 microchip.com/smps,亦歡迎與我們經驗豐富的設計團隊聯繫。


本文作者為:Microchip工程師 陳建男


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