TIDA-010949 基板は、パネル側、ストリング側からデータを収集する制御カード (TMS320F2800137) で構成されており、この情報を使用して MPPT と閉ループ制御を行います。その後、MCU は PWM 信号を生成し、ハーフブリッジ GaN 電力段 (LMG2100R026) を直接駆動します。昇降圧コンバータがパネルの出力電圧を変調し、送信電力を最大化します。

システムに電力を供給するには、100V のスイッチング レギュレータ (LM5164) を使用し、PLC 用にパネル電圧を 12V に降圧します。2 番目の Fly-Buck トポロジ (LMR51410) は、12V から非絶縁型 5V および 2 つの絶縁型 5V に降圧し、LMG2100 および C2000 制御カードに電力を供給するために使用されます。2 つの絶縁型 5V は、LMG2100 の上側 FET にドライバ電圧を供給し、100% のデューティサイクルをサポートします。この非絶縁型 5V から低ドロップアウト (LDO) レギュレータ (TPS7A2033) を使用して、他の部品のために 3.3V ラインをレギュレートします。

図 2-2 DC/DC コンバータの降圧段

図 2-3 DC/DC コンバータの昇圧段

昇圧段の R6 はバイパス抵抗です。抵抗を半田付けすると、コンバータは降圧モードに構成されます。この抵抗を取り除くと、コンバータを 4 スイッチの昇降圧モードに構成できます。4 スイッチ昇降圧電力段には 2 つの LMG2100R026 デバイスが使われています。GaN デバイスの潜在能力をより的確に活用するには、部品の選定とレイアウトが重要です。スイッチング時の高周波電流をより適切に処理できるようにするため、高品質の入出力 MLCC が必要です。レイアウトで電源ループ内の寄生成分を最小化し、その結果として電圧スパイクとリンギングを低減することが必要です。短い直線パターンを使用すると、信号のインピーダンス パスが最小になり、電流ループの面積が最小化されるため、発生するループ インダクタンスが減少します。バイパス コンデンサを当該する部品のできるだけ近くに配置し、使用前に信号をフィルタリングしてコンディショニングします。コンデンサと部品の間に無関係のパターンが存在すると、バイパス コンデンサの効果が低減します。

図 2-4 LMG2100R026 のレイアウト

AFE031 は、電力線通信インターフェイスで使用します。このインターフェイスには、パワーアンプ、PGA、TX および RX パス用のフィルタ、および内部 DAC が含まれます。MCU への SPI は、フィルタ、PGA、内部 DAC を構成するために使用します。データを送信するには、PWM モードを使用します。PWM モードの設計の詳細については、『AFE031 電力線通信のアナログフロントエンド』データシートも参照してください。RX パスでは、R58、C87、L5、R59、L6、C91 を使用して、バンドパスフィルタが実装されます。このフィルタは、PLC 通信に使用される周波数帯域外のあらゆるノイズを除去します。バンドパスフィルタの出力を、AFE031 の内部 PGA および RX フィルタに接続された後さらに MCU の ADC に接続し、フィルタ処理された信号をサンプリングおよびデコードします。

カップリング回路は AFE031 を電源ラインに接続し、高電圧を除去して AFE031 の低電圧回路を保護します。トランスと DC ブロッキング コンデンサを直列に接続し、LRC 回路と並列に配置します。この LRC 回路の共振周波数は、PLC キャリア周波数に設定する必要があります。これにより、PLC 信号を電力線に結合するのに十分なインピーダンスが常に確保され、電力オプティマイザの出力コンデンサを通して信号が短絡しないようになります。R23 は、共振周波数のインピーダンスを設定します。L4 は、飽和なしで全 DC 電流を処理する必要があります。

図 2-5 PLC 結合回路

このリファレンス デザインでは、MCU とワイヤレス コネクティビティ モジュールのインターフェイスとして、J4 と J5 の各コネクタを使用しています。これらのモジュールは、Wi-SUN®、Zigbee®、Bluetooth® Low Energy、Wi-Fi® など多くのコネクティビティ オプションを追加しています。

C2000 マイコンは、入出力の電圧や電流などのパラメータを継続的に測定し、ユニバーサル非同期レシーバ / トランスミッタ (UART) 経由でこのデータを定期的に送信します。このデータは、無線ネットワーク経由で監視システムに送信できます。また、コネクタには専用ピンがあり、ワイヤレス ネットワーク機能で迅速なシャットダウンを可能にします。

ワイヤレス コネクティビティの例は、リクエストに応じて評価用に入手可能です。

図 2-6 ワイヤレス コネクタ