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

1 システムの説明

太陽光発電システムの需要増加に伴い、インバータは再生可能エネルギーへの移行を一層促進し、住宅用途でソーラー エネルギーをより身近なものにする上で重要な役割を果たしています。ストリング インバータはモジュール性が高く、ワットあたりのコストが低く、より高い電力レベルに到達するための増幅が容易であることから、単相市場における理想的な製品となっています。バッテリを介したエネルギー ストレージの可能性も加わり、ハイブリッド ストリング インバータは、ストリング入力の電力利用を最大限にするのに適した手段を提供し、夜間や低照度のシナリオでグリッドに電力供給する代替経路も提供するものです。

このようなハイブリッド ストリング インバータは、PV パネルの電力点追従機能に、インバータ段、およびバッテリ段を含む双方向機能を組み合わせることでより高い電力密度と効率が求められ、これこそが、窒化ガリウム (GaN) FET が複数の利点をもたらすことができる点です。GaN FET は高いスイッチング周波数をサポートしているため、EMI フィルタやヒートシンクを小型化でき、これによってシステムのコンパクト化と軽量化が推進され、設計のフォーム ファクタを高めることができるのです。

このリファレンス デザインは、PV 入力機能と広範囲のバッテリ電圧に対応する BESS を組み合わせるための完全双方向電力フローを備えた、2 チャネル単相ストリング インバータの実装を示します。

このリファレンス デザインには以下の 3 つの主要な段が含まれます。

  • 昇圧コンバータによる PV 入力 × 2
  • 双方向 DC/DC コンバータによるバッテリ入力
  • DC/AC コンバータ

このシステムは、機能に応じて分かれる 2 枚の基板で構成されています。

1 枚目の DC/DC 基板は、個別のストリング入力に対応する 2 つの入力昇圧コンバータと、バッテリ段に関連付けられた 1 つの DC/DC コンバータで構成されています。2 枚目の DC/AC 基板は、DC リンク コンデンサ、DC/AC コンバータ、フィルタリング回路で構成されています。このリファレンス デザインでは、すべての高周波スイッチング部品でテキサス・インスツルメンツの上面放熱型 GaN FET を使用しています。

どちらの基板もアルミニウム製ヒートシンクの上に取り付けられており、熱インターフェイス材料によって GaN FET に接続され、追加の熱インターフェイス材料によって SiC ダイオードに接続されています。このリファレンス デザインのヒートシンクは静的な冷却条件で動作することを想定しており、サイズは 324mm × 305mm × 57mm です。システム全体の寸法は 300mm × 280mm × 48mm、体積は 4 リットル、フォーム ファクタは 2.5kW/l です。