德州仪器的比特币矿机电源解决方案

随着虚拟货币的崛起，针对虚拟货币算法优化定制的电脑主机设备“矿机”掀起一阵热潮,2017下半年以来，比特币价格飞涨，也推高了矿机的行情。矿机生意的火爆也成就了矿机电源，特别是对1kW~3kW高效率电源的需求。

交错PFC+移相全桥架构已经被广泛的用在大功率电源的场合，非常成熟可靠，TI提供全套解决方案。PFC方案采用UCC28070，它是一个二相交错的CCM PFC控制器，能实现很高的PF值和效率，业界很多大功率的模拟PFC方案都采用这个器件。PFC后级高压DCDC采用 UCC28950，它是具有同步整流的移相全桥控制芯片，特别适合高压，高效率以及低EMI的应用。一次侧驱动采用UCC27714, 它是600V4A 高侧/低侧栅极驱动器；同步整流驱动采用UCC21520, 它是5.7 kVrms 双通道隔离式栅极驱动器。

图1：TI大功率电源解决方案

UCC28070 PFC控制器工作在CCM 模式，采用独特的 180°交错技术，可以最大限度的提高PFC的效率，降低损耗，使功率器件的发热更加分散，散热设计也变得简单，与单端PFC相比，它极大的降低母线大电解电容的电流纹波，从而减小母线电容的体积。

图2：PFC输出电容纹波电流（交错PFC 与单端PFC比较）

UCC28070的可选编程频率抖动模式使设计人员能在一定范围内扩展开关频率，从而最小化电磁干扰 (EMI) 的生成。这一抖动特性有助于缩小电容器尺寸，使设计人员使用体积更小、价格更低的 EMI 滤波器。

PR779 是一款 1.2kW 通用输入（85 至 270VRMS）交错 PFC 转换器参考设计，它具有 390VDC 输出。在 115 Vac、20% 至 100% 负载的情况下，它的效率可达到 95% 以上。对于同一负载组，如果输入电压是 230Vac，则效率可达到 97% 以上。对于相同的负载范围，无论是 115VAC 还是 230VAC 输入，功率因数都大于 0.98。此设计符合当前 EN61000-3-2 要求。该设计包含两块电路板。主板 PR779（包含动力系统组件）和子板 PR780。子板包含驱动动力系统所需的所有控制电路。该控制基于 UCC28070 连续电流模式交错 PFC 控制器。

随着比特币全网挖矿难度提高，业界对矿机电源的可靠性及效率提出了更高的要求，长期工作稳定直接关系到挖矿收益，转换效率关系到挖矿成本。相对于传统PFC全桥整流而言，无桥PFC节省了由二极管整流桥导致的损耗，进一步提高电源转换效率，SLUA517应用手册 给出了使用UCC28070实现无桥PFC方案。对于2KW的矿机电源，无桥方案可以减少整流桥损耗20W，以0.3元每度电费计算，每台矿机挖矿周期2年为例，可节省电费105元。

图3： UCC28070无桥PFC方案

UCC28070提供了多种独特的系统控制与保护特性，以提高整体系统可靠性。输出过压保护方案配合开环检测特性，可避免系统出现常见的电路板故障。每相位电流都得到了准确的平衡，借助独立的电流感测功能，可避免组件在双相工作模式下过热。此外，UCC28070还提供了欠压锁定、逐周期峰值限流以及系统过温保护特性。

更多内容请访问TI应用与设计-工业AC-DC解决方案

相关产品

应用手册:

• 使用UCC28070 实现无桥 PFC设计

相关参考设计：

• 3KW交错式 PFC 解决方案
• 5KW 交错 CCM 功率因子校正转换器
• 效率高达 99% 且基于 GaN 的 1kW CCM 图腾柱PFC参考设计