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

効率の測定

‌Tektronix PA4000 電力アナライザを使って、27℃のラボ温度で効率テストを行いました。図 4-4 に示すように、‌TIDA-010255 PCB にヒートシンクを付けず (自然対流のみ)、ワークベンチに水平に配置しました。‌F28379D MCU ソフトウェアは、設定可能な振幅と 1Hz の周波数で 3 相 AC 電圧を生成するように構成しました。PWM キャリア周波数は 16kHz と 8kHz のどちらかに設定しました。

以下の図は、定常状態における TIDA-010255 PCB (ヒートシンクなし) の電力損失と 3 相モーター負荷電流 (単位:ARMS) との関係を示しています‌‌。このとき、PCB と GaN-FET は通常約 5 分後に定常状態の温度に達します。電力損失は GaN-FET のスイッチング電力損失と導通電力損失によって支配され、位相電流シャントの電力損失は無視できる程度です。

TIDA-010255 320VDC、8kHz および 16kHz PWM での ‌TIDA-010025 の電力損失‌‌と出力電流との関係図 4-19 320VDC、8kHz および 16kHz PWM での ‌TIDA-010025 の電力損失‌‌と出力電流との関係

出力電流 7.7ARMS、16kHz PWM における TIDA-010255 ボードの電力損失‌‌は 16.09W であり、8kHz PWM では 11.2W です。

320VDC、最大相間電圧 130VRMS‌ (3 次高調波による空間ベクトル PWM)、力率 0.9 での最大ピーク効率の理論値は、16kHz PWM で 99.4%、8kHz PWM で 99.6% です。

TIDA-010255 320VDC、8kHz および 16kHz PWM での最大ピーク効率の計算値図 4-20 320VDC、8kHz および 16kHz PWM での最大ピーク効率の計算値

実効的な寄生容量性損失を確認するため、PWM デューティ サイクル 50%、PWM スイッチング周波数 8kHz~64kHz、負荷電流ゼロでの TIDA-010255 PCB の電力損失を測定しました‌ (図 4-21 を参照)。最初のテストでは、インバータの出力を未接続のままにしました。64kHz PWM での損失は 21.7W でした。総合損失は式 5 によります。ここで、COSS_HB はハーフ ブリッジあたりの実効寄生容量 (約 1.1nF) です。その結果、TIDA-010255 の PCB 寄生容量を含めて、6 つのパワー スイッチのそれぞれ 1 つあたりの容量は約 550pF と求まります。PCB の寄生容量が ‌50pF であると仮定すると、0V~320V での、LMG3422R030 の時間に関連した実効出力容量 CO(tr) の推定値は約 500pF であり、これは、0V~400V での CO(tr) である 430pF と比べて約 15% 大きい値です。

2 番目のテストでは、AC 誘導モーターに 1m のケーブルを接続し、負荷電流ゼロでの損失全体に及ぼす影響を調べました。ここでも、PWM デューティ サイクルを 50% に設定したため、モーター電流は駆動されませんでした。64kHz での損失は 22.7W に増加しました。1m のケーブルとAC 誘導モーターで増加した寄生負荷容量は、相あたり約 50pF と計算されました。

式 5. COSSHB=13×PNOLOADVDC2×fPWM
TIDA-010255 ‌TIDA-010025 の電力損失 (320VDC、無負荷、ヒートシンクなし) と PWM 周波数との関係図 4-21 ‌TIDA-010025 の電力損失 (320VDC、無負荷、ヒートシンクなし) と PWM 周波数との関係