JAJU915A December   2023  – June 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 DC/DC コンバータを備えた PV またはバッテリ入力
    2. 1.2 絶縁型 CLLLC コンバータ
    3. 1.3 DC/AC コンバータ
    4. 1.4 主なシステム仕様
  8. 2システム設計理論
    1. 2.1 昇圧コンバータの設計
    2. 2.2 MPPT 動作
    3. 2.3 CLLLC コンバータの設計
      1. 2.3.1 ゼロ電圧スイッチング (ZVS) の達成
      2. 2.3.2 共振タンク設計
    4. 2.4 DC/AC コンバータの設計
  9. 3システム概要
    1. 3.1 ブロック図
    2. 3.2 設計上の考慮事項
      1. 3.2.1 DC/DC コンバータ
        1. 3.2.1.1 入力電流および電圧検出と MPPT
        2. 3.2.1.2 突入電流制限
      2. 3.2.2 CLLLC コンバータ
        1. 3.2.2.1 低電圧側
        2. 3.2.2.2 高電圧側
        3. 3.2.2.3 変調方式
      3. 3.2.3 DC/AC コンバータ
        1. 3.2.3.1 能動部品の選定
          1. 3.2.3.1.1 高周波数 FET:GaN FET
          2. 3.2.3.1.2 絶縁型電源
          3. 3.2.3.1.3 低周波数 FET
        2. 3.2.3.2 受動部品の選定
          1. 3.2.3.2.1 昇圧インダクタの選択
          2. 3.2.3.2.2 Cx 容量の選択
          3. 3.2.3.2.3 EMI フィルタの設計
          4. 3.2.3.2.4 DC リンクの出力容量
        3. 3.2.3.3 電圧と電流の測定
    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  LMG3522R050 - ドライバ内蔵、650V、50mΩ GaN FET
      3. 3.3.3  LMG2100R044 - 100V、35A GaN ハーフ ブリッジ電力段
      4. 3.3.4  TMCS1123 - 高精度ホール効果電流センサ
      5. 3.3.5  AMC1302 - 高精度、±50mV 入力、強化絶縁型アンプ
      6. 3.3.6  AMC3330 - DC/DC コンバータ内蔵、高精度、±1V 入力、強化絶縁アンプ
      7. 3.3.7  AMC1311 - ハイ インピーダンス、2V 入力、強化絶縁型アンプ
      8. 3.3.8  ISO6741 - 堅牢な EMC 性能を備えた汎用強化絶縁型クワッド チャネル デジタル アイソレータ
      9. 3.3.9  UCC21540 - 強化絶縁型デュアルチャネル ゲート ドライバ
      10. 3.3.10 LM5164 - 超低静止電流 (IQ)、100V 入力、1A の同期整流降圧 DC/DC コンバータ
  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 テスト構成
      1. 4.2.1 DC/DC テスト
      2. 4.2.2 DC/AC テスト
    3. 4.3 テスト結果
      1. 4.3.1 入力 DC/DC 昇圧の測定結果
      2. 4.3.2 CLLLC の測定結果
      3. 4.3.3 DC/AC の測定結果
  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

システムの説明

エネルギーの持続可能性とセキュリティは、太陽光発電およびエネルギー貯蔵システムなどの再生可能エネルギーの需要を加速させています。住宅向けの使用事例において、マイクロ インバータは、エンド ユーザーが簡単に設置できることと共に、コストと効率の観点から好ましいトレードオフを示します。反対に、エネルギー貯蔵システムは、双方向コンバータを持たない既存のマイクロ インバータ製品では困難です。

このリファレンス デザインは、PV 入力機能と 48V BESS を組み合わせるための完全な双方向電力フローに対応した 4 チャネル マイクロ インバータの実現可能な実装を示すことを意図しています。

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。

  • PV またはバッテリ入力 (DC/DC コンバータ付き、個別の MPPT 機能付き)
  • 絶縁型のコンデンサ - インダクタ - インダクタ - インダクタ - コンデンサ (CLLLC) コンバータ
  • トーテムポール DC/AC コンバータ

高い電力密度と効率を実現するため、各段には GaN 技術を採用しています。

このデザインは、4 つの入力 DC/DC コンバータ、1 つの絶縁型 CLLLC コンバータ、1 つのトーテムポール DC/AC コンバータで構成されています。ボード内のすべての DC/DC 変換段には、テキサス・インスツルメンツの上面放熱型 GaN デバイスが使われており、これらの変換段はボードの裏側に配置されています。これにより、ヒートシンクへの電力損失の放散を可能にしています。

DC/AC 部分では、DC リンク電解コンデンサ、トーテムポール DC/AC コンバータ、プリチャージ回路、EMI フィルタを実装しています。トーテムポール DC/AC の高周波数のブランチには、テキサス・インスツルメンツの上面放熱型 GaN デバイスが使われています。

このボードには、熱インターフェイス材料を使用して GaN FET に接続されたアルミニウム製ヒートシンクの上に取り付けられています。このデザイン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 28mm × 200 mm × 200 mm です。システム全体の寸法は 40mm × 200 mm × 200 mm、したがって体積は 1.6 リットルです。電力密度の計算値は 1kW/リットルです。