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

3.2.1.1 高周波数 FET

この段には LMG3522R030 が使われています。ドライバ内蔵の 650V 定格 30mΩ GaN FET で、デジタル温度通知や、過電流、短絡、過熱、VDD UVLO、高インピーダンス RDRV ピンのフォルト検出などの高度なパワー マネージメント機能を備えています。GaN FET の温度は可変デューティ サイクル PWM 出力により通知されるため、対象ポイントの接合部温度を簡単に読み取ることができます。入力 EMI フィルタは、差動ノイズを除去し、伝導エミッションの規制値を下回る状態を維持するように設計されています。電流リップルを処理するために、高品質の出力セラミック コンデンサとフィルム コンデンサが DC リンク出力に配置されています。インダクタ Bourns 145451 が使用されています。図 3-2 に、単一コンバータ段の回路図を示します。

TIDA-010938 昇圧コンバータの設計図 3-2 昇圧コンバータの設計

スイッチング周波数が非常に高いので、寄生インダクタンスと電力ループに注意することが重要です。寄生インダクタンスの影響を抑えることで、スイッチング ノードの電圧スパイクが低減されます。GaN、SiC ダイオード、インダクタの間のスイッチング ノードの配線は、PCB 層内のループ面積が非常に小さく、寄生インダクタンスが低減され、リンギングが抑制されます。4 つのコンデンサを並列接続すると、等価直列インダクタンス (ESL) を 1/4 に減らすことができます。また、ダイオード、セラミック コンデンサ、GaN の間の電力ループもできるだけ小さくしています。図 3-3 に LMG3522R030 のレイアウトを示します。ここでは、スイッチング ノードは黄色で示し、電力ループは矢印で示しています。レイアウトからわかるように、SiC ダイオードの下には多数のビアがあります。これは、放熱を高めて PCB の熱抵抗を低減するためです。両方の昇圧段は対称に設計されており、回路図とレイアウトはできるだけ同一に保たれています。

TIDA-010938 昇圧コンバータのレイアウト図 3-3 昇圧コンバータのレイアウト