JAJA784 December   2022 AMC1202 , AMC1302 , AMC1306M05 , AMC22C11 , AMC22C12 , AMC23C10 , AMC23C11 , AMC23C12 , AMC23C14 , AMC23C15 , AMC3302 , AMC3306M05

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   商標
  4. 1はじめに
    1. 1.1 電気自動車用 DC 充電ステーション
    2. 1.2 電流センシング技術の選択および等価モデル
      1. 1.2.1 シャント方式のソリューションによる電流センシング
      2. 1.2.2 センシング技術の等価モデル
  5. 2AC/DCコンバータの電流センシング
    1. 2.1 AC/DC の基本的なハードウェアおよび制御の説明
      1. 2.1.1 AC 電流制御ループ
      2. 2.1.2 DC 電圧制御ループ
    2. 2.2 ポイント A、 B – AC/DC AC 位相電流センシング
      1. 2.2.1 帯域幅の影響
        1. 2.2.1.1 定常状態分析：基本電流およびゼロクロス電流
        2. 2.2.1.2 過渡分析：ステップ電力応答および一時的な電圧低下応答
      2. 2.2.2 レイテンシの影響
        1. 2.2.2.1 故障分析：グリッド短絡
      3. 2.2.3 ゲイン誤差の影響
        1. 2.2.3.1 ゲイン誤差に起因する AC/DC の電源の外乱
        2. 2.2.3.2 ゲイン誤差に起因する電源の外乱に対する AC/DC 応答
      4. 2.2.4 オフセットの影響
    3. 2.3 ポイント C、D – AC/DC DC リンク電流センシング
      1. 2.3.1 帯域幅のフィードフォワード性能への影響
      2. 2.3.2 レイテンシの電源スイッチ保護への影響
      3. 2.3.3 ゲイン誤差の電力測定への影響
        1. 2.3.3.1 過渡分析：ポイント D のフィードフォワード
      4. 2.3.4 オフセットの影響
    4. 2.4 ポイント A、B、C1/2、D1/2 におけるプラス要素とマイナス要素の概要および推奨製品
  6. 3DC/DCコンバータの電流センシング
    1. 3.1 位相シフト制御を備えた絶縁型 DC/DC コンバータの基本動作原理
    2. 3.2 ポイント E、F - DC/DC 電流センシング
      1. 3.2.1 帯域幅の影響
      2. 3.2.2 ゲイン誤差の影響
      3. 3.2.3 オフセット誤差の影響
    3. 3.3 ポイント G - DC/DC タンク電流センシング
    4. 3.4 センシング ポイント E、F、G の概要と推奨製品
  7. 4まとめ
  8. 5参考資料

2.2.2.1 故障分析：グリッド短絡

AC/DC の安全なシャットダウンに必要な最大レイテンシを評価するため、以下の条件を適用してシステム シミュレーションを実行しました。

  • DC バス電圧は最大定格電圧 (800V) で動作する。
  • コンバータは公称電流 (16ARMS) で動作する。
  • 位相の最大電流が引き出されたときに短絡が発生する。
  • ソフト磁気材料の磁束対電流プロファイルを持つ昇圧インダクタには線形インダクタンスは存在しない。インダクタンスと電流の関係は 11kW AC/DC に最適化されており、飽和に達するとインダクタンスは公称値の 30% まで低下する。
  • ポイント B における電流センシングの過電流スレッショルドは 30A (測定範囲の 93.7%) に設定されている。
  • 11kW アプリケーションで使用される電源部品に関する利用可能なデータシートに基づき、最大許容電流 60A が選択されている。

グリッドで短絡が発生してもコンバータはスイッチングしているため、電流は制御されません。故障は突然発生するため、MCU がデューティ サイクルを更新して修正するための十分な時間がありません。PWM の更新は通常、固定周波数 (この例では 70kHz または 14.2μs ごと) で行われます。シングルおよびダブル更新によるリフレッシュ手法を用いれば、MCU の最小応答時間は 1/fs または 1/2fs になります。この時間内に、インダクタの電流がパワー スイッチの短絡電流定格を超える可能性があります。

図 2-11 に、AC/DC コンバータの電圧と電流を示します。図 2-11 は 0ms～19ms の時間枠で、コンバータは、グリッド電圧が 400VRMS に等しく、電流が DC から AC に転送される公称条件で動作していることを示しています。19ms で、位相電圧を公称値の 10% まで落として、短絡イベントがシミュレートされています。図 2-12 に示すように、グリッドの故障と同時に、グリッド電圧とスイッチング段からの印加電圧との間の電圧差により、スイッチング ノードの電流が増加し始めます。

AC/DC コンバータのグリッド電圧および電流：AC/DC コンバータの短絡応答 AC/DC コンバータのグリッド電圧および電流：AC/DC コンバータの短絡応答図 2-11 AC/DC コンバータのグリッド電圧および電流：AC/DC コンバータの短絡応答
t = 19.5ms の拡大部分 (スパン 120μs)：AC/DC コンバータの短絡応答図 2-12 t = 19.5ms の拡大部分 (スパン 120μs)：AC/DC コンバータの短絡応答
t = 19.5ms の PWM の部分拡大 (スパン 120μs)：PWM ターンオフ動作図 2-13 t = 19.5ms の PWM の部分拡大 (スパン 120μs)：PWM ターンオフ動作

最初に電流が直線的に上昇し始めるのは、コアが飽和しておらず、インダクタンスがほぼ一定であるため、固定の di/dt に従っているためです。

式 4. didt=VDC(1.5L(i))

ここで、

  • L は電流の関数としての AC/DC 昇圧電流です。
  • VDC は故障発生時の DC バス電圧です。

コアの飽和電流に達すると、インダクタンス値が大幅に低下し、電流が急激に増加します。L3 相の実際の電流が 30A (過電流スレッショルド) に達した時点で、MCU はそれより大きい電流を検出できず、電流が 60A を超えるレベルに達する前にシャットダウンするため、MCU はできるだけ早く過電流を検出できなければなりません。シミュレーション結果によれば、電流が臨界値に達するまでに 4μs かかります。このタイミングに達したら、図 2-13 に示すように、PWM 信号をオフにします。

結論として、パワー スイッチの損傷を避けるために、4µs 以内にシステムをオフにする必要があります。電流センシングのレイテンシは、MCU やドライバ段のシャットダウンのレイテンシと合わせて考慮してください。MCU やドライバ段のレイテンシ時間の標準値に基づくと、電流センサによって最大 3.5µs のレイテンシが確保されなければなりません。