JAJU912 November   2023

 

  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 LMG3422R030
      2. 2.2.2 ISO7741
      3. 2.2.3 AMC1306M05
      4. 2.2.4 AMC1035
      5. 2.2.5 TPSM560R6H
      6. 2.2.6 TPSM82903
  9. 3システム設計理論
    1. 3.1 パワー スイッチ
      1. 3.1.1 GaN-FET の選択基準
      2. 3.1.2 HVBUS のデカップリングと 12V ブートストラップ電源
      3. 3.1.3 GAN_FET のターンオン スルーレートの設定
      4. 3.1.4 PWM 入力フィルタとデッドタイムの計算
      5. 3.1.5 信号レベル シフト
      6. 3.1.6 LMG3422R030 故障通知
      7. 3.1.7 LMG3422R030 の温度監視
    2. 3.2 相電流のセンシング
      1. 3.2.1 シャント
      2. 3.2.2 AMC1306M05 のアナログ入力フィルタ
      3. 3.2.3 AMC1306M05 デジタル インターフェイス
      4. 3.2.4 AMC1306M05 電源
    3. 3.3 DC リンク (HV_BUS) 電圧の検出
    4. 3.4 位相電圧の検出
    5. 3.5 制御電源
    6. 3.6 MCU インターフェイス
  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 ハードウェア要件
      1. 4.1.1 PCB
      2. 4.1.2 MCU インターフェイス
    2. 4.2 ソフトウェア要件
    3. 4.3 テスト設定
      1. 4.3.1 事前の注意事項
      2. 4.3.2 テスト方法
    4. 4.4 テスト結果
      1. 4.4.1 24V 入力制御電源
      2. 4.4.2 PWM から位相電圧スイッチ ノードまでの伝搬遅延時間
      3. 4.4.3 320VDC バス電圧でのスイッチ ノードの過渡応答
      4. 4.4.4 320VDC および 16kHz PWM での相電圧の直線性と歪み
      5. 4.4.5 インバータの効率と温度特性
        1. 4.4.5.1 効率の測定
        2. 4.4.5.2 320VDC、16kHz PWM、ヒートシンクなしでの熱解析と SOA
  11. 5設計とドキュメントのサポート
    1. 5.1 デザイン ファイル
      1. 5.1.1 回路図
      2. 5.1.2 BOM
      3. 5.1.3 PCB レイアウトに関する推奨事項
        1. 5.1.3.1 レイアウト プリント
      4. 5.1.4 Altium プロジェクト
      5. 5.1.5 ガーバー ファイル
      6. 5.1.6 アセンブリの図面
    2. 5.2 ツールとソフトウェア
    3. 5.3 ドキュメントのサポート
    4. 5.4 サポート・リソース
    5. 5.5 商標
  12. 6著者について

3.1.4 PWM 入力フィルタとデッドタイムの計算

過渡的なスイッチング ノイズに対する耐性を向上させるため、LMG3422R030 の IN ピンに入力ローパス フィルタを接続することを推奨します。この設計では 3MHz の入力ローパス フィルタ (上側に R10 (100Ω) と C10 (560pF)、下側に R20 と C48) を使っています。伝搬遅延時間を精度よく一致させるため、許容誤差 5% 以下のコンデンサを推奨します。非常に大きいスイッチング電流でのシステムの過渡ノイズ耐性をさらに高めるため、時定数 (特に容量) は、LMG3422R030 データシートで推奨されている 100Ω と 22pF よりもより大きくしています。システムの必要に応じて、‌テスト中に調整を行います。

この設計のターンオンおよびターンオフ時の実効的な伝搬遅延は、LMG3422R030 の 1.9V (標準値) の正方向入力スレッショルド電圧と、1V (標準値) の負方向入力スレッショルド電圧の関数です。式 1 と式 2 に、5V CMOS ロジック PWM 信号を想定した実効的な信号遅延を示します。

式 1. tD_IN(ON)=-ln⁡1-VIN,IT+5 V×C10×R10=27 ns
式 2. tD_IN(OFF)=-ln⁡VIN,IT-5V×C10×R10=90 ns

式 1 と式 2 に記載された入力フィルタを通過する PWM 信号遅延に加えて、LMG3422R030 はターンオンおよびターンオフ遅延を持っており、それは設定されたスルーレートに依存します。スルーレートを ‌30V/ns に設定している場合、LMG3422R030 のターンオン遅延は約 75ns (標準値)、ターンオフ遅延は約 44ns (標準値) です。したがって、PWM 信号からスイッチ ノードまでの実効的な電圧遅延は、ターンオン時で約 102ns、ターンオフ時で約 134ns です。実効的なターンオン遅延はターンオフ遅延より 32ns 短いため、MCU の PWM モジュールによって生成される相補 PWM のデッドタイムを設定する際は、これを考慮する必要があります。

この設計では、150ns の PWM デッドタイムを生成するように TMS320F28379D マイコンを構成したため、実効的なデッドタイム (標準値) は約 120ns (118ns) となりました。これにより、実効的な総合ターンオンおよびターンオフ遅延のばらつきに対応するのに十分なマージンが得られました。

C10 (100pF) と C48 (100pF) を使用して、PWM フィルタの時定数を 10ns と小さくすることも可能ですが、この設計ではテストしていません。より小さい時定数 (10ns) の PWM フィルタ使うと、伝搬遅延 tD_IN(ON) が約 4.7ns、tD_IN(OFF) が約 16ns に短縮されるため、実効的なデッドタイムをさらに短縮できます。

TIDA-010255 LMG3422R030 を上側と下側に配置したハーフブリッジ V 相の回路図図 3-2 LMG3422R030 を上側と下側に配置したハーフブリッジ V 相の回路図