JAJU913A December   2023  – August 2024

 

  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
    2. 1.2 昇圧コンバータによる PV 入力
    3. 1.3 双方向 DC/DC コンバータ
    4. 1.4 DC/AC コンバータ
  8. 2システム設計理論
    1. 2.1 昇圧コンバータ
      1. 2.1.1 インダクタの設計
      2. 2.1.2 整流ダイオードの選択
      3. 2.1.3 MPPT 動作
    2. 2.2 双方向 DC/DC コンバータ
      1. 2.2.1 インダクタの設計
      2. 2.2.2 低電圧側コンデンサ
      3. 2.2.3 高電圧側コンデンサ
    3. 2.3 DC/AC コンバータ
      1. 2.3.1 昇圧インダクタの設計
      2. 2.3.2 DC リンク コンデンサ
  9. 3システム概要
    1. 3.1 ブロック図
    2. 3.2 設計の考慮事項
      1. 3.2.1 昇圧コンバータ
        1. 3.2.1.1 高周波数 FET
        2. 3.2.1.2 入力電圧および入力電流の検出
      2. 3.2.2 双方向 DC/DC コンバータ
        1. 3.2.2.1 高周波数 FET
        2. 3.2.2.2 電流および電圧の測定
        3. 3.2.2.3 入力リレー
      3. 3.2.3 DC/AC コンバータ
        1. 3.2.3.1 高周波数 FET
        2. 3.2.3.2 電流の測定
        3. 3.2.3.3 電圧の測定
        4. 3.2.3.4 補助電源
        5. 3.2.3.5 受動部品の選定
    3. 3.3 主な使用製品
      1. 3.3.1  TMDSCNCD280039C - C2000™ マイコン controlCARD™ 向けの TMS320F280039C 評価基板
      2. 3.3.2  LMG3522R030 ドライバ、保護機能、温度レポート機能内蔵、650V、30mΩ の GaN FET
      3. 3.3.3  TMCS1123 - 高精度ホール効果電流センサ
      4. 3.3.4  AMC1302 - 高精度、±50mV 入力、強化絶縁型アンプ
      5. 3.3.5  ISO7741 信頼性の高い EMC 特性、クワッドチャネル (順方向 3、逆方向 1)、強化絶縁型デジタル アイソレータ
      6. 3.3.6  ISO7762 信頼性の高い EMC 特性、6 チャネル (順方向 4、逆方向 2)、強化絶縁型デジタル アイソレータ
      7. 3.3.7  UCC14131-Q1 車載用、1.5W、12V～15V VIN、12V～15V VOUT、高密度、5kVRMS 超の絶縁型 DC/DC モジュール
      8. 3.3.8  ISOW1044 DC/DC 電源内蔵、低放射、5kVRMS、絶縁型 CAN FD トランシーバ
      9. 3.3.9  ISOW1412 電源内蔵、低放射、500kbps、強化絶縁型 RS-485/RS-422 トランシーバ
      10. 3.3.10 OPA4388 クワッド、10MHz、CMOS、ゼロドリフト、ゼロ クロスオーバ、真の RRIO 高精度オペアンプ
      11. 3.3.11 OPA2388 デュアル、10MHz、CMOS、ゼロドリフト、ゼロ クロスオーバ、真の RRIO 高精度オペアンプ
      12. 3.3.12 INA181 26V、双方向、350kHz、電流センス アンプ
  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
    2. 4.2 注
    3. 4.3 テスト構成
      1. 4.3.1 昇圧段
      2. 4.3.2 双方向 DC/DC 段 ‐ 降圧モード
      3. 4.3.3 DC/AC 段
    4. 4.4 テスト結果
      1. 4.4.1 昇圧コンバータ
      2. 4.4.2 双方向 DC/DC コンバータ
        1. 4.4.2.1 降圧モード
        2. 4.4.2.2 昇圧モード
      3. 4.4.3 DC/AC コンバータ
  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
    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
  13. 7改訂履歴

4.4.2.2 昇圧モード

図 4-8 および 表 4-3 に、400V の DC バス出力において昇圧モードで機能する双方向 DC/DC コンバータの効率を示します。80V、160V、240V、320V の入力バッテリ電圧が考慮されており、表からは、コンバータがそれぞれ 97.7%、98.8%、99.3%、99.5% のピーク効率を達成していることがわかります。

TIDA-010938 昇圧モードにおける双方向 DC/DC 効率図 4-9 昇圧モードにおける双方向 DC/DC 効率
表 4-3 昇圧モードにおける双方向 DC/DC 効率
出力電力 VBat = 80V での効率 出力電力 VBat = 160 V での効率 出力電力 VBat = 240 V での効率 出力電力 VBat = 320 V での効率
0.1kW 95.6% 0.2kW 97.0% 0.6kW 98.7% 0.8kW 99.1%
0.2kW 96.4% 0.5kW 98.3% 1.0kW 99.0% 1.3kW 99.3%
0.4kW 97.0% 0.9kW 98.5% 1.6kW 99.1% 2.1kW 99.4%
0.6kW 97.1% 1.2kW 98.8% 2.0kW 99.2% 2.7kW 99.4%
0.7kW 97.3% 1.8kW 98.6% 2.5kW 99.2% 3.4kW 99.4%
0.9kW 97.6% 2.1kW 98.8% 3.0kW 99.2% 4.0kW 99.5%
1.0kW 97.6% 2.5kW 98.8% 3.4kW 99.3% 4.5kW 99.5%
1.2kW 97.6% 2.8kW 98.8% 4.0kW 99.2% 5.3kW 99.5%
1.4kW 97.7% 3.1kW 98.8% 4.4kW 99.2% 5.9kW 99.4%
1.5kW 97.6% 3.4kW 98.8% 5.0kW 99.2% 6.6kW 99.4%
1.7kW 97.6% 3.7kW 98.7% 5.4kW 99.2% 7.2kW 99.4%
1.8kW 97.4% 4.1kW 98.6% 5.8kW 99.2%
2.0kW 97.3% 4.4kW 98.6% 6.4kW 99.1%
2.2kW 97.0% 4.5kW 98.5% 6.9kW 99.0%
2.4kW 96.8%

昇圧モードの結果は降圧モードの結果と似ていますが、低消費電力時の損失が大きくなるため、効率が低下しています。これは昇圧動作に起因しており、より高い電圧まで昇圧すると GaN FET の損失が大きくなります。

図 4-10 に、コンバータが昇圧モードで動作している間の一方のレグのスイッチング ノードの電圧を示します。オーバーシュートとリンギングのない鋭いスイッチング エッジを画像からご確認ください。立ち上がり時間は約 30ns です。

TIDA-010938 昇圧モードにおける双方向 DC/DC スイッチング ノード図 4-10 昇圧モードにおける双方向 DC/DC スイッチング ノード

図 4-11 に、GaN 接合部温度を示します。他の GaN でも温度プロファイルは類似しています。この動作は、240V の VBat を 400V の DC リンク電圧に変換することに相当します。温度は 70℃ 以上にはなりません。

TIDA-010938 双方向 DC/DC コンバータの GaN とヒートシンク温度の関係図 4-11 双方向 DC/DC コンバータの GaN とヒートシンク温度の関係