基于GaN与SMC的高功率开关电源硬件加速设计

摘要

近年来开关电源领域兴起的氮化镓(Gallium Nitride)类开关器件对电路控制算法产生了高速瞬态响应的要求,快速di/dt将引起电路失调等问题,研究发现大量文献基于滑模控制算法(Sliding Mode Control,SMC)的非连续控制特性完成了低频低功率开关电源针对Si的SMC设计,而GaN的中频高功率开关电源控制算法因为材料问题导致高频控制较难实现。因此针对GaN并通过改进算法增强电路瞬态响应与鲁棒性,减小代码存储体积。使用Simulink进行理论验证,嵌入式联调后进行算法与特殊DPWM模块的硬件加速设计,设计面积48 cm^(2),电路元器件数量与参数减小,电路使用寿命增加,密勒效应点降低2.5 V,硬件单元综合面积仅有63.3Kcells,DPWM控制波形在50 MHz主频下100 kHz至500 kHz可调,最高响应为1.05 MHz,最大输出功率为400 W,电源噪声为±0.8%。