JAJU922A October   2022  – February 2024

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   リソース
  4.   特長
  5.   アプリケーション
  6.   6
  7. CLLLC システムの説明
    1. 1.1 主なシステム仕様
  8. CLLLC システムの概要
    1. 2.1 ブロック図
    2. 2.2 設計上の考慮事項とシステム設計理論
      1. 2.2.1 タンクの設計
        1. 2.2.1.1 電圧ゲイン
        2. 2.2.1.2 トランス ゲイン比の設計 (NCLLLC)
        3. 2.2.1.3 磁化インダクタンスの選択 (Lm)
        4. 2.2.1.4 共振インダクタとコンデンサの選択 (Lrp と Crp)
      2. 2.2.2 電流および電圧センシング
        1. 2.2.2.1 VPRIM 電圧センシング
        2. 2.2.2.2 VSEC 電圧センシング
        3. 2.2.2.3 ISEC 電流センシング
        4. 2.2.2.4 ISEC タンクおよび IPRIM タンク
        5. 2.2.2.5 IPRIM 電流センシング
        6. 2.2.2.6 保護 (CMPSS および X-Bar)
      3. 2.2.3 PWM 変調
  9. トーテムポール PFC システムの説明
    1. 3.1 トーテムポール ブリッジレス PFC の利点
    2. 3.2 トーテムポール ブリッジレス PFC の動作
    3. 3.3 主なシステム仕様
    4. 3.4 システム概要
      1. 3.4.1 ブロック図
    5. 3.5 システム設計理論
      1. 3.5.1 PWM
      2. 3.5.2 電流ループモデル
      3. 3.5.3 DCバス電圧制御ループ
      4. 3.5.4 電流スパイクを除去または低減するゼロクロス付近のソフトスタート
      5. 3.5.5 電流の計算
      6. 3.5.6 インダクタの計算
      7. 3.5.7 出力コンデンサの計算
      8. 3.5.8 電流および電圧センシング
  10. 主な使用製品
    1. 4.1 C2000 マイクロコントローラ TMS320F28003x
    2. 4.2 LMG352xR30-Q1
    3. 4.3 UCC21222-Q1
    4. 4.4 AMC3330-Q1
    5. 4.5 AMC3302-Q1
  11. ハードウェア、ソフトウェア、試験要件、試験結果
    1. 5.1 必要なハードウェアとソフトウェア
      1. 5.1.1 ハードウェアの設定
        1. 5.1.1.1 制御カードの設定
      2. 5.1.2 ソフトウェア
        1. 5.1.2.1 Code Composer Studio 内でプロジェクトを開く
        2. 5.1.2.2 プロジェクト構造
    2. 5.2 テストと結果
      1. 5.2.1 テストのセットアップ (初期設定)
      2. 5.2.2 CLLLC のテスト手順
        1. 5.2.2.1 ラボ 1.1 次側から 2 次側への電力フロー、PWM ドライバの開ループ チェック
        2. 5.2.2.2 ラボ 2.1 次側から 2 次側への電力フロー、PWM ドライバおよび保護付き ADC の開ループ チェック (2 次側に抵抗性負荷が接続されている状態)
          1. 5.2.2.2.1 ラボ 2 のソフトウェア オプションの設定
          2. 5.2.2.2.2 プロジェクトのビルドおよびロードとデバッグ環境の設定
          3. 5.2.2.2.3 リアルタイム エミュレーションの使用
          4. 5.2.2.2.4 コードの実行
          5. 5.2.2.2.5 電圧ループに対する SFRA プラントの測定
          6. 5.2.2.2.6 アクティブ同期整流の検証
          7. 5.2.2.2.7 電流ループに対する SFRA プラントの測定
        3. 5.2.2.3 ラボ 3.1 次側から 2 次側への電力フロー、閉電圧ループ チェック (2 次側に抵抗性負荷が接続されている状態)
          1. 5.2.2.3.1 ラボ 3 のソフトウェア オプションの設定
          2. 5.2.2.3.2 プロジェクトのビルドおよびロードとデバッグ環境の設定
          3. 5.2.2.3.3 コードの実行
          4. 5.2.2.3.4 閉電圧ループに対する SFRA の測定
        4. 5.2.2.4 ラボ 4.1 次側から 2 次側への電力フロー、閉電流ループ チェック (2 次側に抵抗性負荷が接続されている状態)
          1. 5.2.2.4.1 ラボ 4 のソフトウェア オプションの設定
          2. 5.2.2.4.2 プロジェクトのビルドおよびロードとデバッグの設定
          3. 5.2.2.4.3 コードの実行
          4. 5.2.2.4.4 閉電流ループに対する SFRA の測定
        5. 5.2.2.5 ラボ 5.1 次側から 2 次側への電力フロー、閉電流ループ チェック (2 次側で抵抗性負荷が電圧源と並列に接続されてバッテリ接続をエミュレートしている状態)
          1. 5.2.2.5.1 ラボ 5 のソフトウェア オプションの設定
          2. 5.2.2.5.2 電流ループ補償器の設計
          3. 5.2.2.5.3 プロジェクトのビルドおよびロードとデバッグの設定
          4. 5.2.2.5.4 コードの実行
          5. 5.2.2.5.5 バッテリ エミュレーション モードでの閉電流ループに対する SFRA 測定
      3. 5.2.3 TTPLPFC のテスト手順
        1. 5.2.3.1 ラボ 1:開ループ、DC
          1. 5.2.3.1.1 BUILD 1のソフトウェアオプションの設定
          2. 5.2.3.1.2 プロジェクトのビルドおよびロード
          3. 5.2.3.1.3 デバッグ環境設定ウィンドウ
          4. 5.2.3.1.4 リアルタイム エミュレーションの使用
          5. 5.2.3.1.5 コードの実行
        2. 5.2.3.2 ラボ 2:閉電流ループ DC
          1. 5.2.3.2.1 BUILD 2のソフトウェアオプションの設定
          2. 5.2.3.2.2 電流ループ補償器の設計
          3. 5.2.3.2.3 プロジェクトのビルドおよびロードとデバッグの設定
          4. 5.2.3.2.4 コードの実行
        3. 5.2.3.3 ラボ 3:閉電流ループ、AC
          1. 5.2.3.3.1 ラボ 3 のソフトウェア オプションの設定
          2. 5.2.3.3.2 プロジェクトのビルドおよびロードとデバッグの設定
          3. 5.2.3.3.3 コードの実行
        4. 5.2.3.4 ラボ 4:閉電圧および電流ループ
          1. 5.2.3.4.1 BUILD 4のソフトウェアオプションの設定
          2. 5.2.3.4.2 プロジェクトのビルドおよびロードとデバッグの設定
          3. 5.2.3.4.3 コードの実行
      4. 5.2.4 テスト結果
        1. 5.2.4.1 効率
        2. 5.2.4.2 システム性能
        3. 5.2.4.3 ボード線図
        4. 5.2.4.4 効率とレギュレーションのデータ
        5. 5.2.4.5 熱データ
        6. 5.2.4.6 PFC の波形
        7. 5.2.4.7 CLLLC の波形
  12. デザイン ファイル
    1. 6.1 回路図
    2. 6.2 部品表 (BOM)
    3. 6.3 Altium プロジェクト
    4. 6.4 ガーバー ファイル
  13. ソフトウェア ファイル
  14. 関連資料
    1. 8.1 商標
  15. 用語
  16. 10著者について
  17. 11改訂履歴

ハードウェアの設定

このデザインは高速エッジ カード (HSEC) の制御カード コンセプトを採用しており、HSEC 制御カードを利用できる C2000 マイクロコントローラ製品ファミリのデバイスであれば使用できる可能性があります。マイクロコントローラ の電力段の制御に使用される主要なリソースを 表 5-1 に示します。このリファレンス デザインの主要な電力段とコネクタを 図 5-1 に示します。表 5-3に主要なコネクタとその機能を示します。

  1. 基板に電源が接続されていないことを確認します。
  2. J25 スロットに制御カードを挿入します。
  3. 図 5-1 に示す J15 に、12V バイアス電源 (+12V、2A) の電源を接続します (電源は投入しないでください)。
  4. バイアス電源の電源をオンにします。制御カードの緑色の LED が点灯します。これは、C2000 マイクロコントローラ デバイスに電力が供給されていることを示します。注:マイクロコントローラの電源バイアスは電力段と分離されているため、この一連の指示でシステムを安全に立ち上げることができます。
  5. JTAG を接続するには、制御カードから USB ケーブルを使用してホスト コンピュータに接続します。
  6. TTPPLPFC 段を動作させるには、AC 入力を J33 (90V~264V) に接続する必要があります。テストには 10kW を超える電源が使用されていますが、低消費電力テストのみを実施する場合は、クリーンで安定した低定格電源を使用できます。
  7. PFC 段のスタンドアローン動作の場合、負荷を J37 と J38 に接続することができますし、代わりに CLLLC を使用して PFC 段に負荷をかけることもできます。
  8. CLLLC 段のスタンドアローン動作の場合、DC 電源 (400V) を J15 の VBUS に接続することができます。この場合、ソフトウェアで TTPLPFC を起動せず、上記ステップ 6 で説明した AC 電源は接続しないでください。
  9. 使用時は、CLLLC コンバータの 2 次側に負荷を接続する必要があります。このような負荷の接続には、J7 と J10 を使用できます。
  10. PFC 段と DCDC 段の両方を動作させる場合は、上記ステップ 6 のように AC 電源を接続し、上記ステップ 9 のように負荷を接続します。VBUS への接続は必要はありませんが、OBC 実行後に余分な電圧を迅速に逃がすために、電流ブリード抵抗が役立つ場合があります。
  11. 電流プローブと電圧プローブを接続して、1 次側と 2 次側のタンク電流を観測できます。オプションとして、電力計を接続して効率を測定することもできます。
TIDM-02013 基板の概要図 5-1 基板の概要

赤色で示したバイアス電源ドーター カード 7 枚が必要です。

TIDM-02013 PMP22712 - バイアス電源図 5-2 PMP22712 - バイアス電源

赤色で示したフィードバック絶縁ドーター カード PMP22773 1 枚が必要です。

TIDM-02013 PMP22773 –フィードバック絶縁ドーター カード図 5-3 PMP22773 –フィードバック絶縁ドーター カード
表 5-1 主なデジタル ピン構成
信号名 HSEC ピン番号 F28003x ペリフェラル
SYSTEM ISR Trigger - ECAP1
CLLLC_CONTROL_OUTPUT_DAC_PIN 14 DACA
CLLLC_PRIM_LEG1_H/L 49/51 EPWM1 (A/B)
CLLLC_PRIM_LEG2_H/L 53/55 EPWM2 (A/B)
CLLLC_SEC_LEG1_H/L 50/52 EPWM3 (A/B)
CLLLC_SEC_LEG2_H/L 54/56 EPWM4 (A/B)
CLLLC_FAULTn 74 GPIO-23 → INPUTXBAR2
CLLLC_LC_CHANGE 62 GPIO-14
CLLLC_SEC_SIDE_DIAG 80 GPIO-30
TTPLPFC_LOW_FREQ_H/L 57/59 EPWM5 (A/B)
TTPLPFC_HIGH_FREQ_PH1_H/L 61/63 EPWM6 (A/B)
TTPLPFC_HIGH_FREQ_PH2_H/L 58/60 EPWM7 (A/B)
TTPLPFC_FAULTn 72 GPIO-22 → INPUTXBAR1
TTPLPFC_INRUSH_RELAY_CTRL 64 GPIO-15
ERRORSTSn 102 GPIO55

SYSTEM_WATCHDOG_OUT

SYSTEM_WATCHDOG_DISABLE

SYSTEM_PMIC_SPI (予約済み)

SYSTEM_PMIC_SPI (予約済み)

75

77

79

81

GPIO24

GPIO25 (抵抗オプション)

GPIO26 (抵抗オプション)

GPIO27 (抵抗オプション)

SYSTEM_DISABLE_FET_SUPPLY 85 GPIO32

SYSTEM_TEMP_MUX_OUT1

SYSTEM_TEMP_MUX_OUT2

91

96

GPIO41 -> ECAP2 → INPUTXBAR3

GPIO60 -> ECAP3 → INPUTXBAR4

SYSTEM_TEMP_MUX_SEL_1-3

93

94

95

GPIO47

GPIO58

GPIO59

SYSTEM_PROFILING1~3

89

92

101

GPIO40

GPIO44

GPIO49

FSI_TX_D0

FSI_TX_D1

FSI_TX_CLK

101

103

105

GPIO-49/FSITXA_D0

GPIO-50/FSITXA_D1

GPIO-51/FSITXA_CLK

LED1

LED2

82

86

GPIO-31 → LED1

GPIO-34 → LED2 (SFRA)

この表はリファレンス デザインのサンプリング方法を示し、上部の列はそれぞれ 1 つの独立した ADC を表しています。各 ADC は互いに完全に独立して動作します。各信号には、1 つまたは複数の変換開始 (SOC) が割り当てられます。各 SOC はそのチャネルの独立した 1 つの読み取りを表し、たとえば、TTPLPFC_IAC_PH1 は ADCA 内の SOC0 と SOC1 に割り当てられています。つまり、この信号はサイクルごとに 2 回サンプリングされ、1 回は ePWM6_SOCA によってトリガされ、もう 1 回は ePWM6_SOCB によってトリガされるのです。このトリガは 120kHz で動作しているため、この信号は各 120kHz のサンプリング期間中、実質的には 2 倍のオーバーサンプリングが行われます。同様に、CLLLC_ISEC では 11 倍のオーバーサンプリングが行われ、CLLLC_IPRIM はオーバーサンプリングされません。また、この表には、低周波サンプリング信号がいくつか示されており、これらの信号が異なる SOC 信号を使用していることがわかります。最後に、SOC を番号順に処理するためにラウンド ロビン カウンタが使用されているため、表はサンプリングの順に上から下へ時系列に読み取れます。

表 5-2 主なアナログ信号
ADC-A ADC-B ADC-C

最も優先度の高い信号

(120kHz)

TTPLPFC_IAC_PH1 (A2、CMPSS1)

SOC0 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC1 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

TTPLPFC_IAC_PH2 (B12、CMPSS3)

SOC0 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC1 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

TTPLPFC_VAC (C7)

SOC0 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC1 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

CLLLC_ISEC (A5、CMPSS2)

SOC2 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC3 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC4 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC5 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC6 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC7 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC8 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

SOC9 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

SOC10 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

SOC11 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

SOC12 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

TTPLPFC_VBUS / CLLLC_VBUS (B4)

SOC2 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC3 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

SOC4 → ADC_TRIGGER_EPWM7_SOCA

SOC5 → ADC_TRIGGER_EPWM7_SOCB

CLLLC_VSEC (C11、CMPSS2)

SOC2 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC3 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC4 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC5 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC6 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC7 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC8 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC9 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC10 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC11 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC12 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

CLLLC_IPRIM (A9、CMPSS2)

SOC13 → ADC_TRIGGER_EPWM1_SOCA

低周波サンプリング信号

(10kHz)

TTPLPFC_VAC_L (A4)

SOC14 → ADC_TRIGGER_CPU1_TINT2

TTPLPFC_VAC_N (B2)

SOC10 → ADC_TRIGGER_CPU1_TINT2

TTPLPFC_VBUS2 (C10、CMPSS2)

SOC14 → ADC_TRIGGER_CPU1_TINT2

SYSTEM_ TEMP_1 (A11)

SOC15 → ADC_TRIGGER_CPU1_TINT2

SYSTEM_VREF_1_65 (B5)

SOC11 → ADC_TRIGGER_CPU1_TINT2

CLLLC_VSEC (C11、CMPSS2)

VSEC13 → SOC15 → ADC_TRIGGER_CPU1_TINT2

サンプリングなし、CMPSS のみ CLLLC_IPRIM_TANK (A12/C5、CMPSS2) CLLLC_ISEC_TANK (C1、CMPSS4)
表 5-3 主なコネクタと機能
コネクタ名 機能
J33 AC 入力
J37/J38 VBUS 接続、PFC 出力、DCDC VPRIM
J7/J10 DCDC 出力接続、 DCDC VSEC
J15 12V、2A 電源
J25/J26 HSEC 制御カードのコネクタ スロット