このリファレンス デザインは、パネル電流をストリング電流まで増やしたり減らしたりするために、4 スイッチの昇降圧トポロジを実装しています。そのため、モジュール レベルの最適化を動作させる必要のある多くのアプリケーションでこのリファレンス デザインを使用できます。

また、このトポロジでは、バイパス抵抗を使用して昇圧側の上側スイッチをバイパスすることで、降圧トポロジに構成することもできます。このバイパス抵抗により、両方のトポロジの設計と実装が簡単になります。

図 3-6 構成可能な 4 スイッチ昇降圧トポロジ

スタックキャリア変調を使用して、4 スイッチ昇降圧トポロジ用の PWM を生成します (図 3-6 を参照)。

降圧段と昇圧段のキャリアをスタックしています。降圧キャリア振幅は 0～1.05、昇圧キャリア振幅は 0.95～2 の間であるため、当然のことながら、変調器が 0.95～1.05 の間にある場合、これら 2 つのキャリアはオーバーラップします。したがって、この変調方式は 図 3-7 に示すように、降圧モードから昇降圧モードおよび昇圧モードにシームレスに移行できます。

図 3-7 4 スイッチ昇降圧トポロジー変調方式

C2000 のキャリアの開始点を調整すると PWM の分解能が低下します。理論的な実装を使用した場合、PWM の分解能は約 50% 低下する可能性があり、これによりコンバータの性能が低下します。そのため、ソフトウェアでは、図 3-8 に示すように昇圧段と降圧段の変調器を調整することでこれを実現します。これは、昇圧と降圧のキャリアは依然として 0～1 の間であり、変調器は 0～2 の間です。降圧コンバータの変調器に 0.95 を掛けるだけで、これは降圧コンバータのキャリアに 1.05 を掛けることに相当します。昇圧段も同様です。まず昇圧コンバータの変調器を 0.95 減算してから、結果を 0.95 倍にして、昇圧段の最終的な変調器を求めます。式 1 と 式 2 では、M_buck が降圧段の変調器であり、M_boost が昇圧段の変調器です。

図 3-8 C2000™ に実装済みの 4 スイッチ昇降圧トポロジ変調方式

この 4 スイッチ昇降圧電力段を小型化し効率を高めるため、このリファレンスデザインでは LMG2100R026 ハーフブリッジ電力段が選択されています。これは、ゲート電圧 5V で、最大 V_DS が連続 93V、パルス定格 100V、下側 Q_g および R_DS(on) がそれぞれ 12nC および 2.6mΩ となっています。また、7.0mm × 4.5mm × 0.89mm の鉛フリーパッケージにより多くの PCB 面積を節約できます。このパッケージは高周波電流ループを低減するよう最適化されており、スイッチング期間中のリンギングが非常に小さくなります。これは、中電力定格のコンパクトで高い電力密度、高効率の電力オプティマイザに適した設計です。