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

2.3.1 ゼロ電圧スイッチング (ZVS) の達成

共振コンバータ用のトランスは、両側のスイッチの出力容量を放電するのに十分な励磁電流を供給できるように設計する必要があります。満たすべき条件は 2 つあります。励磁および共振インダクタに蓄積されたエネルギーが、両側のスイッチの出力容量に蓄積されたエネルギーよりも確実に大きくなるようにします。また、励磁電流は、所定のデッド タイム内にスイッチの静電容量を放電するのに十分な大きさである必要があります。

式 4. LM+LR×IM_PEAK22 ≥ CEQ×VIN22

ここで、

  • IM_PEAK はトランスの最大ピーク電流
  • LM はトランスの励磁インダクタンス
  • LR は共振タンク インダクタンス
  • VIN は CLLLC コンバータの入力電圧
  • CEQ はスイッチング ノードの等価静電容量
式 5. LM≤TDT4×CEQxfsw

ここで、

  • TDT はデッド タイムの持続時間
  • CEQ はスイッチング ノードの等価静電容量
  • LM はトランスの励磁インダクタンス
  • fSW は CLLLC コンバータのスイッチング周波数

第 1 の条件 (式 4) はエネルギー要件であり、第 2 の条件 (式 5) はスルーレート要件です。

ピーク励磁電流は、励磁電流のピーク ツー ピーク値の半分です。

式 6. IMPEAK=V4×(LM+LR)×fsw

等価静電容量は、LV 側の静電容量と、LV 側から見た HV 側の静電容量の和です。

式 7. CEQ=CP+CS‘

ここで、

  • CEQ はスイッチング ノードの等価静電容量
  • CP は 1 次側スイッチの静電容量
  • C'S は、1 次側から見た 2 次側スイッチの静電容量

1 次側から見た静電容量 C'S は、トランス比を使用して以下のように計算できます。

式 8. Cs‘=CsxNSNP2

ここで、

  • CS は 2 次側スイッチの静電容量
  • NS は 2 次側巻線の巻き数
  • NP は 1 次側巻線の巻き数

スイッチの出力容量が最大励磁インダクタンスを制限します。RDS(on) と COSS のトレードオフとしてスイッチを選択します。