JAJU751G September   2019  – October 2023

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   リソース
  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 設計上の考慮事項
    3. 2.3 主な使用製品
      1. 2.3.1  LMG3422R050 — ドライバと保護機能を内蔵した 600V GaN
      2. 2.3.2  TMCS1100 — 高精度絶縁型電流センス・モニタ
      3. 2.3.3  UCC27524 — デュアル、5A、高速 2 次側パワー MOSFET ドライバ
      4. 2.3.4  UCC27714 — 620V、1.8A、2.8A 1 次側 / 2 次側ゲート・ドライバ
      5. 2.3.5  ISO7721 — 高速、堅牢な EMC 特性、強化絶縁型、基本デュアル・チャネル・デジタル・アイソレータ
      6. 2.3.6  ISO7740 および ISO7720 — 高速、低消費電力、堅牢な EMC デジタル・アイソレータ
      7. 2.3.7  OPA237 — 単一電源オペアンプ
      8. 2.3.8  INAx180 — 2 次側および 1 次側電圧出力、電流センス・アンプ
      9. 2.3.9  TPS560430 — SIMPLE SWITCHER 4V～36V、600mA、同期整流降圧コンバータ
      10. 2.3.10 TLV713 — ポータブル機器向けフォールドバック電流制限付き 150mA 低ドロップアウト (LDO) レギュレータ
      11. 2.3.11 TMP61 — 温度検出向けシリコン・ベース小型リニア・サーミスタ
      12. 2.3.12 CSD18510Q5B — 40V、N チャネル NexFET MOSFET、シングル SON5x6、0.96mΩ
      13. 2.3.13 UCC28911 — 定電圧、定電流、1 次側レギュレーション付き 700V フライバック・スイッチャ
      14. 2.3.14 SN74LVC1G3157DRYR — 単極双投アナログ・スイッチ
    4. 2.4 システム設計理論
      1. 2.4.1 トーテム・ポール PFC 段の設計
        1. 2.4.1.1 PFC 段の設計パラメータ
        2. 2.4.1.2 電流の計算
        3. 2.4.1.3 PFC 昇圧インダクタ
        4. 2.4.1.4 出力コンデンサ
        5. 2.4.1.5 高速および低速スイッチ
        6. 2.4.1.6 AC 電流検出回路
        7. 2.4.1.7 温度検出
      2. 2.4.2 LLC 段の設計パラメータ
        1. 2.4.2.1 LLC トランスの巻線比 N の決定
        2. 2.4.2.2 Mg_min と Mg_max の決定
        3. 2.4.2.3 共振ネットワークの等価負荷抵抗 (Re) の決定
        4. 2.4.2.4 Lm と Lr の比率 (Ln) と Qe の選択
        5. 2.4.2.5 1 次側電流の決定
        6. 2.4.2.6 2 次側電流の決定
        7. 2.4.2.7 1 次側 GaN / ドライバ
        8. 2.4.2.8 2 次側同期 MOSFET
        9. 2.4.2.9 出力電流検出
      3. 2.4.3 1 次側と 2 次側の間の通信
  9. 3ハードウェア、ソフトウェア、テスト要件、テスト結果
    1. 3.1 必要なハードウェアとソフトウェア
      1. 3.1.1 ハードウェア
        1. 3.1.1.1 テスト条件
        2. 3.1.1.2 ボードの検証に必要なテスト機器
        3. 3.1.1.3 テスト方法
          1. 3.1.1.3.1 システム・テスト：デュアル段
          2. 3.1.1.3.2 PFC 段テスト
          3. 3.1.1.3.3 LLC 段テスト
      2. 3.1.2 PFC 段ソフトウェア
        1. 3.1.2.1 CCS でのプロジェクトの開始
        2. 3.1.2.2 プロジェクト構造
        3. 3.1.2.3 C2000 MCU の CLA を使用して CPU の負荷を軽減
        4. 3.1.2.4 CPU 使用率とメモリ割り当て
        5. 3.1.2.5 プロジェクトの実行
          1. 3.1.2.5.1 ラボ 1：開ループ、DC (PFC モード)
            1. 3.1.2.5.1.1 ラボ 1 のソフトウェア・オプションの設定
            2. 3.1.2.5.1.2 プロジェクトのビルドおよびロード
            3. 3.1.2.5.1.3 デバッグ環境設定ウィンドウ
            4. 3.1.2.5.1.4 リアルタイム・エミュレーションの使用
            5. 3.1.2.5.1.5 コードの実行
          2. 3.1.2.5.2 ラボ 2：閉電流ループ DC
            1. 3.1.2.5.2.1 ラボ 2 のソフトウェア・オプションの設定
            2. 3.1.2.5.2.2 プロジェクトのビルドおよびロードとデバッグのセットアップ
            3. 3.1.2.5.2.3 コードの実行
          3. 3.1.2.5.3 ラボ 3：閉電流ループ、AC (PFC)
            1. 3.1.2.5.3.1 ラボ 3 のソフトウェア・オプションの設定
            2. 3.1.2.5.3.2 プロジェクトのビルドおよびロードとデバッグのセットアップ
            3. 3.1.2.5.3.3 コードの実行
          4. 3.1.2.5.4 ラボ 4：閉電圧および電流ループ (PFC)
            1. 3.1.2.5.4.1 ラボ 4 のソフトウェア・オプションの設定
            2. 3.1.2.5.4.2 プロジェクトのビルドおよびロードとデバッグのセットアップ
            3. 3.1.2.5.4.3 コードの実行
      3. 3.1.3 LLC 段ソフトウェア
        1. 3.1.3.1 CCS でのプロジェクトの開始
        2. 3.1.3.2 プロジェクト構造
        3. 3.1.3.3 ソフトウェアの流れ図
        4. 3.1.3.4 CPU 使用率とメモリ割り当て
        5. 3.1.3.5 プロジェクトの実行
          1. 3.1.3.5.1 ラボ 1：開ループ制御
            1. 3.1.3.5.1.1 ソフトウェア設定
            2. 3.1.3.5.1.2 プロジェクトのビルドとロード
            3. 3.1.3.5.1.3 デバッグ環境ウィンドウ
            4. 3.1.3.5.1.4 コードの実行
          2. 3.1.3.5.2 ラボ 2：SFRA による閉ループ制御
            1. 3.1.3.5.2.1 ソフトウェア設定
            2. 3.1.3.5.2.2 プロジェクトのビルドとロード
            3. 3.1.3.5.2.3 デバッグ環境ウィンドウ
            4. 3.1.3.5.2.4 コードの実行
      4. 3.1.4 PFC + LLC 段のデュアル・テスト
        1. 3.1.4.1 ハードウェア設定
        2. 3.1.4.2 システム・テスト手順
        3. 3.1.4.3 TIDA-010062 の FSI ソフトウェア
      5. 3.1.5 ライブ・ファームウェア・アップデートの概要
        1. 3.1.5.1 ライブ・ファームウェア・アップデートの説明
        2. 3.1.5.2 ソフトウェアの構造
        3. 3.1.5.3 LLC 段ソフトウェアの LFU
          1. 3.1.5.3.1 CCS でのプロジェクトの開始
        4. 3.1.5.4 CCS を使用したカスタム・ブートローダとアプリケーションのフラッシュへのロード
        5. 3.1.5.5 CLA で制御ループを実行した状態での LFU デモの実行とテスト結果
    2. 3.2 テストと結果
      1. 3.2.1 性能、データ、および曲線
        1. 3.2.1.1 PFC 段の効率、iTHD、PF
        2. 3.2.1.2 LLC 段の効率
        3. 3.2.1.3 システム全体の効率
      2. 3.2.2 機能波形
        1. 3.2.2.1 起動
        2. 3.2.2.2 ホール・センサ
        3. 3.2.2.3 PFC の動作波形
        4. 3.2.2.4 LLC の動作波形
  10. 4設計ファイル
    1. 4.1 回路図
    2. 4.2 部品表 (BOM)
    3. 4.3 PCB レイアウトに関する推奨事項
      1. 4.3.1 電力段に関するガイドライン
      2. 4.3.2 ゲート・ドライバ固有のガイドライン
      3. 4.3.3 レイアウトのプリント
    4. 4.4 Altium プロジェクト
    5. 4.5 ガーバー・ファイル
    6. 4.6 組立図面
  11. 5ソフトウェア・ファイル
  12. 6関連資料
    1. 6.1 商標
  13. 7著者について
  14. 8改訂履歴
  15.   132

3.1.2.2 プロジェクト構造

プロジェクトがインポートされると、図 3-2 に示すように CCS 内に Project Explorer が表示されます。


GUID-20210322-CA0I-QH1J-DLLK-9Z0DVTPQSRLQ-low.png

図 3-2 PFC ソリューション・プロジェクトの Project Explorer ビュー

main.syscfg ファイルをクリックすると、GUI ページが表示され、PFC ソリューションの変更可能なオプションが表示されます (図 3-3)。この GUI を使用して定格電力、インダクタンス、容量、検出回路パラメータなど、適合ソリューションのパラメータを変更できます。


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図 3-3 CCM TTPL PFC 段の powerSUITE ページ

プロジェクトの一般構造を図 3-4 に示します。


GUID-20210322-CA0I-Q2VK-7CXK-VCXCP5F3DSZT-low.png

図 3-4 プロジェクト構造の概要

図 3-4 は F28004x/F28002x/F28003x のプロジェクトを示していますが、powerSUITE ページから別のデバイスを選択しても、その構造は同様です。

ソリューション別でデバイスに依存しないファイルは <solution>.c/h です。 このファイルはプロジェクトの main.c ファイルで構成されており、各ソリューションの制御構造に関与します。

この設計のこの段階では、<solution> は ttplpfc です。

基板別でデバイス別のファイルは <solution>_hal.c/h です。 このファイルは、各ソリューションを実行するデバイス別ドライバで構成されています。

powerSUITE ページは、Project Explorer に表示される main.syscfg ファイルをクリックして開くことができます。 powerSUITE ページでは <solution>_settings.h ファイルが生成されます。 このファイルは、powerSUITE ページで生成されたプロジェクトのコンパイル時に使用する唯一のファイルです。プロジェクトが保存されるたびに powerSUITE によって変更内容が上書きされるため、このファイルを手動で変更しないでください。<solution>_user_settings.h ファイルで、いくつかの設定を変更できます。

Kit.json ファイルと solution.js ファイルも、powerSUITE により内部で使用されるため、ユーザーが変更することはできません。 これらのファイルを変更すると、プロジェクトが正常に機能しなくなります。

setupdebugenv_build.js は、さまざまなラボで [Watch] ウィンドウの変数を自動入力するために提供されています。

*.graphProp ファイルは、データ・ロガー・グラフの設定を自動入力するために提供されています。

プロジェクトは、PWM サイクルごとに呼び出される割り込みサービス・ルーチン (ISR) で構成されており、この ISR の中で電流コントローラが実行されます。ほかにも電圧ループおよび計測 ISR を実行するために呼び出される、約 10kHz の低速 ISR があります。少数のバックグラウンド・タスク (A0-A4 および B0-B4) はポーリング方式で呼び出され、これを使用して SFRA バックグラウンドなど、絶対的なタイミング精度が要求されない低速タスクを実行できます。

図 3-5 にファームウェアのソフトウェア・フローチャートを示します。

GUID-20210322-CA0I-BJCL-6PL7-ZDJDVZGMLHRJ-low.gif図 3-5 PFC 段のソフトウェア構造

システムの開発および設計を簡素化するために、このリファレンス・デザインのソフトウェアは、次の 4 つのラボで構成されています。lab1 と lab2 は、昇圧 DC/DC 動作を検証するように設計されています。lab3 および lab4 は、PFC AC/DC 動作を検証するように設計されています。

ラボ 1： 開ループ、DC (PFC モード)

ラボ 2： 閉電流ループ DC

ラボ 3： 閉電流ループ、AC (PFC)

ラボ 4： 閉電圧および電流ループ (PFC)

これらのラボについてはセクション 3.1.2.5 に詳述します。リファレンス・デザイン・ハードウェアを使用する場合は、セクション 3.1.1 で述べたようにハードウェア設定が完了していることを確認します。