JAJU732E June   2019  – April 2024 TMS320F28P550SJ , TMS320F28P559SJ-Q1

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   参照情報
  4.   特長
  5.   アプリケーション
  6.   6
  7. 1システムの説明
    1. 1.1 主なシステム仕様
  8. 2システム概要
    1. 2.1 ブロック図
    2. 2.2 主な使用製品
      1. 2.2.1  UCC21710
      2. 2.2.2  UCC14141-Q1
      3. 2.2.3  AMC1311
      4. 2.2.4  AMC1302
      5. 2.2.5  OPA320
      6. 2.2.6  AMC1306M05
      7. 2.2.7  AMC1336
      8. 2.2.8  TMCS1133
      9. 2.2.9  TMS320F280039C
      10. 2.2.10 TLVM13620
      11. 2.2.11 ISOW1044
      12. 2.2.12 TPS2640
    3. 2.3 システム設計理論
      1. 2.3.1 電源システムとのデュアル アクティブ ブリッジの類似性
      2. 2.3.2 デュアル アクティブ ブリッジ – スイッチング シーケンス
      3. 2.3.3 デュアル アクティブ ブリッジ - ゼロ電圧スイッチング (ZVS)
      4. 2.3.4 デュアル アクティブ ブリッジ - 設計上の考慮事項
        1. 2.3.4.1 漏れインダクタ
        2. 2.3.4.2 ソフト スイッチングの範囲
        3. 2.3.4.3 インダクタンスの電流への影響
        4. 2.3.4.4 位相シフト
        5. 2.3.4.5 コンデンサの選択
          1. 2.3.4.5.1 DC ブロッキング コンデンサ
        6. 2.3.4.6 スイッチング周波数
        7. 2.3.4.7 トランスの選択
        8. 2.3.4.8 SiC MOSFET の選択
      5. 2.3.5 損失解析
        1. 2.3.5.1 SiC MOSFET とダイオードの損失
        2. 2.3.5.2 トランスの損失
        3. 2.3.5.3 インダクタの損失
        4. 2.3.5.4 ゲート ドライバの損失
        5. 2.3.5.5 効率
        6. 2.3.5.6 熱に関する注意事項
  9. 3回路の説明
    1. 3.1 電力段
    2. 3.2 DC 電圧センシング
      1. 3.2.1 1 次側 DC 電圧検出
      2. 3.2.2 2 次側 DC 電圧検出
        1. 3.2.2.1 2 次側バッテリ電圧センシング
    3. 3.3 電流検出
    4. 3.4 電力アーキテクチャ
      1. 3.4.1 補助電源
      2. 3.4.2 ゲート ドライバのバイアス電源
      3. 3.4.3 検出回路用の絶縁型電源
    5. 3.5 ゲート ドライバの回路
    6. 3.6 追加回路
    7. 3.7 シミュレーション
      1. 3.7.1 構成
      2. 3.7.2 シミュレーションを実行
  10. 4ハードウェア、ソフトウェア、テスト要件、テスト結果
    1. 4.1 必要なハードウェアとソフトウェア
      1. 4.1.1 ハードウェア
      2. 4.1.2 ソフトウェア
        1. 4.1.2.1 ソフトウェア入門
        2. 4.1.2.2 ピン構成
        3. 4.1.2.3 PWM の構成
        4. 4.1.2.4 高分解能の位相シフト構成
        5. 4.1.2.5 ADC 構成
        6. 4.1.2.6 ISR 構造
    2. 4.2 テスト設定
    3. 4.3 PowerSUITE GUI
    4. 4.4 ラボ
      1. 4.4.1 ラボ 1
      2. 4.4.2 ラボ 2
      3. 4.4.3 ラボ 3
      4. 4.4.4 ラボ 4
      5. 4.4.5 ラボ 5
      6. 4.4.6 ラボ 6
      7. 4.4.7 ラボ 7
    5. 4.5 テスト結果
      1. 4.5.1 閉ループのパフォーマンス
  11. 5デザイン ファイル
    1. 5.1 回路図
    2. 5.2 部品表 (BOM)
    3. 5.3 Altium プロジェクト
    4. 5.4 ガーバー ファイル
    5. 5.5 アセンブリの図面
  12. 6関連資料
    1. 6.1 商標
  13. 7用語
  14. 8著者について
  15. 9改訂履歴

4.4.2 ラボ 2

ラボ 2 ビルドでは、指定された周波数 (100kHz) と位相シフトを使用して、開ループ形式で基板が動作します。位相シフトは、[Watch] ウィンドウを使用して変更できます。位相シフトは、DAB_pwmPhaseShiftPrimSec_pu 変数によって制御されます。このビルドでは、電力段からの帰還値の検出と、PWM ゲート ドライバおよびハードウェア保護機能の動作について検証し、ハードウェアに問題がないことを確認します。また、このビルドでは入出力電圧センシングの較正も実行できます。HW テスト構成については、セクション 4.2 を参照してください 。

  • ラボ 2 のソフトウェア設定

    このビルドでは、settings.h ファイルに以下の定義が設定されています。 設定を定義するには、PowerSUITE GUI の [Project Options] ドロップダウンメニューにある、[Lab 2: Open Loop PWM with Protection] (開ループ PWM、保護機能付き) を選択します。

    TIDA-010054 ラボ 2 のソフトウェア設定図 4-20 ラボ 2 のソフトウェア設定
    1. CCS で緑色の [Run] ボタンをクリックして、プロジェクトを実行します。
    2. スクリプトコンソールで JavaScript setupdebugenv_lab2.js をロードして、必要な変数を [Watch] ウィンドウに表示します。
      TIDA-010054 ラボ 2 [Watch] ビューの設定図 4-21 ラボ 2 [Watch] ビューの設定
    3. [Watch] ビューで、DAB_vPrimSensed_Volts、DAB_iPrimSensed_Amps、DAB_vSecSensed_Volts、DAB_iSecSensed_Amps 変数が定期的に更新されているかどうかを確認します。
      注: この時点では電力が印加されていないため、これらの変数はゼロに近くなります。

  • リレーおよびファンの検証

    • アイドル状態では、補助 12V 電源は約 700mA を消費する必要があります。
    • DAB_enableRelay に「1」を書き込みます。通常はリレーの動作音が聞こえて、消費電流は約 1.14A まで増加する必要があります。
    • DAB_enableFan に「1」を書き込みます。ファンが回転を開始し、消費電流が 1.43A に増加します (ここでは、2 個の CFM6015V-154-362 ファンを使用しています)。
  • 電力伝送の検証
    • 低い入力電圧 (たとえば 50V) を印加
    • DAB_clear trip に「1」を書き込み、PWM トリップをクリア
    • 出力に電圧と電流が印加されていることを確認
    • DAB_pwmPhaseShuftPrimSecRef_pu を書き換えることにより位相シフトを変更可能

    デフォルトでは DAB_pwmPhaseShiftPrimSec_pu 変数は 0.02 に設定されています。この位相シフトを 0.002pu 単位でゆっくりと変化させ、コンバータの出力における電圧の変化を観測します。位相シフトによって、出力電圧が入力電圧よりも高くなる可能性があり、最大印加電圧で MOSFET のブレークダウンを引き起こす可能性があるので、位相シフトをあまり大きくしないようにしてください。

  • 保護機能の検証

    実際の高電圧および大電力テストを行う前に、保護機能を検証します。検証は、低電圧 (たとえば 50V 入力) でも実施できます。過電流および過電圧保護の制限は、PowerSUITE GUI で変更できます。図 4-9 を参照してください。

    1. 1 次側過電流保護：
      1. IPRIM_TRIP を 1A に設定
      2. 50V の入力電圧を接続
      3. リレーをイネーブル、PWM をクリア
      4. 位相シフトを段階的に大きくして 1 次側電流を増加
      5. 1A を超えた後にトリップすることを観察
      TIDA-010054 ラボ 2 - 1 次側過電流保護
      1 次側 - 過電流保護、制限設定 = 1A
      図 4-22 ラボ 2 - 1 次側過電流保護
    2. 1 次側タンクの過電流保護
      1. IPRIM_TANK_TRIP を 1.5A に設定
      2. 50V の入力電圧を接続
      3. リレーをイネーブル、 PWM をクリア
      4. 位相シフトを段階的に大きくして 1 次側タンク電流を増加
      5. 1.5A を超えた後にトリップすることを観察
      TIDA-010054 ラボ 2 - 1 次側タンクの過電流保護
      1 次側 - タンク過電流保護、制限設定 = 1.5A
      図 4-23 ラボ 2 - 1 次側タンクの過電流保護
    3. 2 次側過電流保護
      1. ISEC_TRIP を 1.5A に設定
      2. 50V の入力電圧を接続
      3. リレーをイネーブル、 PWM をクリア
      4. 位相シフトを段階的に大きくして 2 次側電流を増加
      5. 1.5 A を超えた後にトリップすることを観察
      TIDA-010054 ラボ 2 - 2 次側過電流保護図 4-24 ラボ 2 - 2 次側過電流保護
    4. 2 次側過電圧保護
      1. VSEC_TRIP を 40V に設定
      2. 50V の入力電圧を接続
      3. リレーをイネーブル、 PWM をクリア
      4. 位相シフトを段階的に大きくして 2 次側電圧を上昇
      5. 40V を超えた後にトリップすることを観察
      TIDA-010054 ラボ 2 - 過電圧保護図 4-25 ラボ 2 - 過電圧保護

      上記の波形は、フォルト イベント中はコンパレータ サブシステムによって PWM が遮断されることを示しています。フォルトの種類は、変数 DAB_TripFlag で [Watch] ウィンドウに表示され ます。図 4-26 を参照してください。 トリップをリセットするには、ドロップダウン メニューで [noTrip] を選択し、DAB_clearTrip 変数に「1」を書き込んで PWM を再度イネーブルにします。PWM を再度イネーブルにする前に、フォルト状態が解消されていることを確認してください。

TIDA-010054 [Expressions] ウィンドウのトリップ表示図 4-26 [Expressions] ウィンドウのトリップ表示
  • 電圧ループに対する SFRA プラントの測定
    1. C2000Ware-DigitalPower-SDK キットには SFRA が統合されているので、プラントの応答を測定して、補償器の設計に使用できます。SFRA アイコンをクリックして SFRA を実行します。SFRA GUI が表示されます。
    2. SFRA GUI でデバイスのオプションを選択します。たとえば、F280039 の場合は浮動小数点を選択します。[Setup Connection] ボタンをクリックします。ポップアップ ウィンドウで [Boot on Connect] オプションのチェックを外し、適切な COM ポートを選択します。[OK] ボタンをクリックします。SFRA GUI に戻り、[Connect] ボタンをクリックします。
    3. SFRA GUI がデバイスに接続します。これで [Start Sweep] ボタンをクリックして、SFRA 掃引を開始できるようになりました。SFRA 掃引が完了するまでには数分かかります。SFRA GUI のプログレス バーを確認したり、UART の動作を示す制御カード裏面の青色 LED の点滅をチェックすることで、動作を監視できます。
      TIDA-010054 ラボ 2 開電圧ループ テストの SFRA プラントのプロット
      テスト条件：VIN = 800V、VOUT = 500V、IOUT = 10A、位相シフト = 0.047pu。
      出力電圧測定におけるノイズと小さなプラント ゲインにより、高い周波数において、位相プロットのノイズが予想されます。
      図 4-27 ラボ 2 開電圧ループ テストの SFRA プラントのプロット
    4. また、周波数応答データ SFRA.csv は、SFRA データ フォルダ下のプロジェクト フォルダに保存され、SFRA 実行時のタイムスタンプが記録されます。SFRA は、システムの動作範囲をカバーするために、異なる周波数設定ポイントで実行できます。補償器は、これらの測定プロットを使用して、Compensator Designer で設計します。Compensation Designer は、main.syscfg GUI から開くことができます。

      ISR1 の内部では、SFRA は位相に小信号の摂動を注入し、検出された出力電圧の変動を観測します。次に示す dab.h ファイル内のコード行は、SFRA 信号の注入と収集を実行します。

      TIDA-010054 ラボ 2 SFRA 信号注入用コード図 4-28 ラボ 2 SFRA 信号注入用コード
  • 電流ループに対する SFRA プラントの測定
    1. 電流ループの SFRA 測定を開始するには、電圧ループ と同じ手順に従います。
    2. PowerSUITE GUI の SFRA タブで、SFRA 電流ループを実行する前に [Current] を選択します。
      TIDA-010054 ラボ 2 SFRA 電流ループのコード定義図 4-29 ラボ 2 SFRA 電流ループのコード定義
    3. ISR1 の内部では、SFRA は位相に小信号の摂動を注入し、検出された出力電流の変動を観測します。次に示す dab.h ファイル内のコード行は、SFRA 信号の注入と収集を実行します。
      TIDA-010054 ラボ 2 SFRA 信号注入用コード図 4-30 ラボ 2 SFRA 信号注入用コード
    4. SFRA GUI からプラントの応答を測定します。開ループ応答とプラント応答は、SFRA.csv という名前のファイルに格納されます。このファイルを使用して、電流ループの補償器を調整します。
      TIDA-010054 ラボ 2 開電流ループ テストの SFRA プラントのプロット
      テスト条件：VIN = 800V、VOUT = 500V、IOUT = 10A、位相シフト = 0.047pu
      図 4-31 ラボ 2 開電流ループ テストの SFRA プラントのプロット