JAJU915 December   2023

 

  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. 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. 3.2.3 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 テスト設定
      1. 4.2.1 DC/DC ボード
      2. 4.2.2 DC/AC ボード
    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

2.2 MPPT 動作

PV パネルからの出力電力は、パネルが受ける照射、パネル電圧、パネル温度など、いくつかのパラメータに依存します。出力電力は条件の影響を受けるため、1 日を通して連続的な変化もあります。

図 2-1 に、ソーラー パネルの I-V 曲線と P-V 曲線を示します。I-V 曲線は、パネルの出力電流と出力電圧の関係を表します。図の I-V 曲線が示すように、パネル電流は端子が短絡しているときに最大になり、端子が開放状態で無負荷のときは最小になります。

GUID-C5C8BC5B-69AC-41BE-A6E3-6B602F93AC55-low.gif図 2-1 ソーラー パネルの特性、I-V 曲線と P-V 曲線

図に示すように、パネル電圧とパネル電流の積が最大になる点で、PMAX で表される最大電力がパネルから得られました。このポイントを、最大電力点 (MPP) と呼びます。

さまざまなパラメータによりソーラー パネルの出力電力が変化する様子の例を下図に示します。また、これらのグラフは、放射照度に対する、ソーラー パネルの電力出力の変動も示しています。これらのグラフから、放射照度の増減に伴い、ソーラー パネルからの電力出力がどのように増減するかが分かります。また、MPP となるパネル電圧も放射照度の変化に伴って変化することにも注意してください。

GUID-86A961E2-3108-4840-A25C-DBD2754DEBDA-low.gif図 2-2 さまざまな照射条件でのソーラー パネル出力電力変動—グラフ A
GUID-49467050-459D-4D2F-8ED8-F940836AFDE1-low.gif図 2-3 さまざまな照射条件でのソーラー パネル出力電力変動—グラフ B

パネルの MPP を自動的に識別するという課題は、通常、システムに MPPT アルゴリズムを採用して実現します。MPPT アルゴリズムは、太陽光発電パネルが最大電力点で動作するように試み、スイッチング電力段を使用してパネルから取り出した電力を負荷に供給します。

「山登り」(PO) は、最も一般的に使用されている MPPT アルゴリズムの 1 つです。このアルゴリズムのベースとなっている基本原理はシンプルで、マイコン ベースのシステムに簡単に実装可能です。このプロセスには、パネルの動作電圧のわずかな増減 (摂動) が含まれます。コンバータのデューティ サイクルを変更することで、パネル電圧に摂動を加えることができます。パネル電圧のわずかな上昇によりパネル電力が増加した場合、同じ方向に再度、摂動を行います。パネル電圧の上昇に伴ってパネル電力が低下する場合、負方向の摂動によりパネル電圧をわずかに減少させます。

摂動を実行して出力電力を観測することにより、システムはパネルの MPP 付近で、わずかに振動しながら動作するようになります。システムがどの程度 MPP の近くで動作できるかは、摂動の大きさにより決まります。このアルゴリズムは全体の最大値ではなく極大値に収束してしまう場合もありますが、これはアルゴリズムにわずかな微調整を加えることで解決することができます。

PO アルゴリズムは実装が簡単で効果的であり、この設計のために選択されました。