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

2.1.1 インダクタの設計

パワー コンバータの設計では、インダクタの設計が最も重要です。インダクタの設計に関する 4 つの重要な特性は、インダクタンス値、リップル電流、飽和電流、DC 抵抗 (DCR) です。

通常、インダクタンスの値は 式 7 で計算できます。

式 1. L ≥ V i n × ( V o u t - V i n ) Δ i L p k - p k × f s w × V o u t

ここで、

  • Vout は昇圧コンバータの出力電圧
  • Vin は昇圧コンバータの入力電圧
  • fsw はスイッチング周波数
  • iL はインダクタ リップル電流

また、インダクタ リップルは 式 8 でも求めることができます。

式 2. Δ i L ( p k - p k ) ≥ V i n × ( V o u t - V i n ) L × f s w × V o u t

ここで、

  • Vout は昇圧コンバータの出力電圧
  • Vin は昇圧コンバータの入力電圧
  • L はインダクタンス値
  • fsw はスイッチング周波数

図 1-3 に示すように、昇圧コンバータまたは単相コンバータのワーストケースのデューティサイクルは 50% です。したがって、対応する条件に対してインダクタンス値が計算されます。通常、最大出力電流を得るために、インダクタのピーク ツー ピーク電流を平均インダクタ電流の 40% 未満とすることを推奨します。より大きい値のインダクタでリップルが小さいほど、インダクタ内の磁気ヒステリシス損失と EMI が減少します。インダクタの飽和電流は、計算されたピーク インダクタ電流よりも大きくする必要があります。

昇圧レギュレータのインダクタ DC 電流は、式 3 で計算できます。

式 3. I L - D C = V o u t × I o u t V i n × η

ここで、

  • Vout は昇圧コンバータの出力電圧
  • Iout は昇圧コンバータの出力電流
  • Vin は昇圧コンバータの入力電圧
  • η は電力変換効率

したがって、インダクタのピーク電流は式 4 で計算されます。

式 4. i L - p k = i L - D C + Δ i L ( p k - p k ) 2