基于GaN交錯式臨界導通模式圖騰柱功率因數(shù)校正的新型數(shù)字控制策略

論文《A Novel Digital Control Strategy for GaN-based Interleaving CrM Totem-pole PFC》提出一種用于基于氮化鎵（GaN）的臨界導通模式（CrM）交錯圖騰柱功率因數(shù)校正（PFC）的新型數(shù)字控制策略，以滿足數(shù)據(jù)中心電源的高效率需求。
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*附件：A-Novel-Digital-Control-Strategy-for-GaN-based-Interleaving-CrM-Totem-pole-PFC.pdf

研究背景 ：人工智能和云計算發(fā)展促使數(shù)據(jù)中心電源需具備高頻、高效和高功率密度特性。GaN基圖騰柱無橋PFC系統(tǒng)因優(yōu)勢被廣泛應用，CrM圖騰柱PFC因零電壓開關特性受關注，但單相CrM PFC存在輸入電流紋波大等問題，多相交錯技術可改善。交錯CrM圖騰柱PFC現(xiàn)有電流控制和電壓控制模式存在不足，如電流控制模式動態(tài)響應難實現(xiàn)，電壓控制模式電流平衡性能差。
雙環(huán)數(shù)字控制策略
- 數(shù)字電壓 - 電流雙環(huán)控制方法 ：提出混合電壓 - 電流控制模式，通過采樣和濾波獲取相關電流、電壓信息，利用內外雙環(huán)控制和前饋過程，根據(jù)不同工作模式計算前饋系數(shù)，調整主開關導通時間，實現(xiàn)良好功率因數(shù)和低總諧波失真，還能提升動態(tài)性能。
- 新型交錯閉環(huán)控制 ：針對多相交錯CrM PFC交錯控制難題，提出新型閉環(huán)控制方法，通過捕獲相位信息計算相位誤差，采用PI補償器調整，疊加額外前饋系數(shù)微調從相主開關導通時間，實現(xiàn)180度左右的相位交錯。
- 全周期ZVS控制策略及補償 ：為實現(xiàn)全周期ZVS，設計補償策略?？紤]負電流檢測延遲，計算補償負電流，確保不同輸入電壓下都能實現(xiàn)ZVS，同時滿足負電流小于峰值電感電流的約束，減少電感電流紋波和總諧波失真。
實驗驗證 ：搭建3.2kW兩相交錯數(shù)字控制CrM圖騰柱PFC原型，采用STM32G474微控制器和Navitas的NV6515 GaN ICs。實驗結果表明，該控制策略電流不平衡度小于1%，能動態(tài)保持180°相位交錯，降低負電感電流失真，動態(tài)響應快，輸出電壓調整率低，峰值效率達99.3%。
研究結論 ：該新型數(shù)字控制方法相比傳統(tǒng)模式，實現(xiàn)高精度均流、良好交錯性能和快速動態(tài)響應，完成全范圍ZVS和負電流檢測延遲補償，實驗驗證其有效性和高性能。

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