德州儀器的比特幣礦機(jī)電源解決方案

隨著虛擬貨幣的崛起，針對(duì)虛擬貨幣算法優(yōu)化定制的電腦主機(jī)設(shè)備“礦機(jī)”掀起一陣熱潮,2017下半年以來(lái)，比特幣價(jià)格飛漲，也推高了礦機(jī)的行情。礦機(jī)生意的火爆也成就了礦機(jī)電源，特別是對(duì)1kW~3kW高效率電源的需求。

交錯(cuò)PFC+移相全橋架構(gòu)已經(jīng)被廣泛的用在大功率電源的場(chǎng)合，非常成熟可靠，TI提供全套解決方案。PFC方案采用UCC28070，它是一個(gè)二相交錯(cuò)的CCM PFC控制器，能實(shí)現(xiàn)很高的PF值和效率，業(yè)界很多大功率的模擬PFC方案都采用這個(gè)器件。PFC后級(jí)高壓DCDC采用 UCC28950，它是具有同步整流的移相全橋控制芯片，特別適合高壓，高效率以及低EMI的應(yīng)用。一次側(cè)驅(qū)動(dòng)采用UCC27714, 它是600V4A 高側(cè)/低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器；同步整流驅(qū)動(dòng)采用UCC21520, 它是5.7 kVrms 雙通道隔離式柵極驅(qū)動(dòng)器。

圖1：TI大功率電源解決方案

UCC28070 PFC控制器工作在CCM 模式，采用獨(dú)特的 180°交錯(cuò)技術(shù)，可以最大限度的提高PFC的效率，降低損耗，使功率器件的發(fā)熱更加分散，散熱設(shè)計(jì)也變得簡(jiǎn)單，與單端PFC相比，它極大的降低母線大電解電容的電流紋波，從而減小母線電容的體積。

圖2：PFC輸出電容紋波電流（交錯(cuò)PFC 與單端PFC比較）

UCC28070的可選編程頻率抖動(dòng)模式使設(shè)計(jì)人員能在一定范圍內(nèi)擴(kuò)展開關(guān)頻率，從而最小化電磁干擾 (EMI) 的生成。這一抖動(dòng)特性有助于縮小電容器尺寸，使設(shè)計(jì)人員使用體積更小、價(jià)格更低的 EMI 濾波器。

PR779 是一款 1.2kW 通用輸入（85 至 270VRMS）交錯(cuò) PFC 轉(zhuǎn)換器參考設(shè)計(jì)，它具有 390VDC 輸出。在 115 Vac、20% 至 100% 負(fù)載的情況下，它的效率可達(dá)到 95% 以上。對(duì)于同一負(fù)載組，如果輸入電壓是 230Vac，則效率可達(dá)到 97% 以上。對(duì)于相同的負(fù)載范圍，無(wú)論是 115VAC 還是 230VAC 輸入，功率因數(shù)都大于 0.98。此設(shè)計(jì)符合當(dāng)前 EN61000-3-2 要求。該設(shè)計(jì)包含兩塊電路板。主板 PR779（包含動(dòng)力系統(tǒng)組件）和子板 PR780。子板包含驅(qū)動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)所需的所有控制電路。該控制基于 UCC28070 連續(xù)電流模式交錯(cuò) PFC 控制器。

隨著比特幣全網(wǎng)挖礦難度提高，業(yè)界對(duì)礦機(jī)電源的可靠性及效率提出了更高的要求，長(zhǎng)期工作穩(wěn)定直接關(guān)系到挖礦收益，轉(zhuǎn)換效率關(guān)系到挖礦成本。相對(duì)于傳統(tǒng)PFC全橋整流而言，無(wú)橋PFC節(jié)省了由二極管整流橋導(dǎo)致的損耗，進(jìn)一步提高電源轉(zhuǎn)換效率，SLUA517應(yīng)用手冊(cè) 給出了使用UCC28070實(shí)現(xiàn)無(wú)橋PFC方案。對(duì)于2KW的礦機(jī)電源，無(wú)橋方案可以減少整流橋損耗20W，以0.3元每度電費(fèi)計(jì)算，每臺(tái)礦機(jī)挖礦周期2年為例，可節(jié)省電費(fèi)105元。

圖3： UCC28070無(wú)橋PFC方案

UCC28070提供了多種獨(dú)特的系統(tǒng)控制與保護(hù)特性，以提高整體系統(tǒng)可靠性。輸出過(guò)壓保護(hù)方案配合開環(huán)檢測(cè)特性，可避免系統(tǒng)出現(xiàn)常見的電路板故障。每相位電流都得到了準(zhǔn)確的平衡，借助獨(dú)立的電流感測(cè)功能，可避免組件在雙相工作模式下過(guò)熱。此外，UCC28070還提供了欠壓鎖定、逐周期峰值限流以及系統(tǒng)過(guò)溫保護(hù)特性。

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