마이크로컨트롤러(MCU)

C2000 실시간 제어 MCU – 태양열 발전 및 디지털 전원

C2000™ MCU는 디지털 방식으로 제어되는 적응형 고효율 소형 폼 팩터 파워 일렉트로닉스 컨버터에 대한 증가하는 요구 사항을 해결합니다.

툴 및 설계

당사의 EVM 또는 분야별 TI 레퍼런스 설계로 시작하여 전력 제어 개발 속도를 높여 보세요.

소프트웨어

TI 소프트웨어 솔루션은 기본 빌딩 블록, 예제 구현 및 고유한 전원 설계 툴 세트를 제공합니다.

교육

디지털 전원 제어, 특정 애플리케이션, 개발 툴에 대해 자세히 알아보거나 장치별 지침을 살펴보세요.

디지털 전원이 주목받는 이유는 무엇일까요?

디지털 전원 관리 및 제어 기능은 실시간 인텔리전스를 제공하고, 환경에 맞게 자동으로 조정되는 적응형 고주파 스위칭 전원 공급 장치의 개발을 지원하며, 효율성 및 성능을 개선합니다. 이 자동 조정 기능은 입력 전압, 출력 부하 전류 및 시스템 온도 변경을 지원하고, 최적의 시스템 성능을 위한 동적 전압 스케일링과 고급 제어 기술로 에너지 절감 효과를 제공합니다.

전기 자동차 충전

더 높은 시스템 효율

배선 및 부하 변화를 감지하고 지능적으로 전력계를 운영하여 실시간으로 최적화.

시스템 수준 통합

제어 하드웨어를 통합하여 더 적은 부품, 더 작은 장치로 더 복잡한 기능 수행

비용 & 부품 수 감소

장치에 필요한 구성 요소가 줄어들어 시스템 비용 감소

개발 간소화 & 개발 시간 단축

솔루션이 단순하며 개발 시간이 단축됨

업계에서 가장 다양한 포트폴리오

고성능 PFC, AC/DC 및 절연 DC/DC 전원 공급 장치를 위한 프로그래머블 및 고정 기능 컨트롤러

전원 토폴로지의 유연성

고분해능 상 제어, 기간 제어 및 듀티 사이클 제어로 토폴로지에 관계없이 정밀한 파형 제어 가능

시스템 수준의 안정성, 모니터링 및 안전

전력 분배를 모니터링하고 제어하여 고전력 시스템에 대한 견고한 보호 지원 

뛰어난 전원 밀도/빠른 제어 루프

고속 프로세싱, 피드백, 고분해능 PWM 제어로 더 빠른 작동 주파수와 부품 소형화 가능

전력 시스템에 대한 디지털 제어와 아날로그 제어

전력 제어 토폴로지에 대해 집적 회로를 사용한 관리와 분리된 아날로그 구성 요소를 사용한 제어를 비교해 봅니다(그림 참조). 

디지털이라는 용어는 아날로그 상태의 모든 외부 신호를 시스템의 메인 컨트롤러가 작동할 수 있도록 디지털 상태로 변환하는 것을 말합니다.

 

기본 전력 토폴로지 

모두 확장모두 축소

AC-DC(정류기)

텔레콤, EV 충전기 및 산업용 전력과 같은 여러 애플리케이션에서 에너지는 그리드를 통해 공급됩니다. 일반적으로 PFC(역률 보정) 기능을 지원하는 AC-DC 정류기가 사용됩니다. 이 PFC 컨버터는 필요한 출력 전력 수준에 따라 단상 또는 3상일 수 있습니다. AC-DC 정류기를 구현하는 몇 가지 일반적인 방법은 아래 표에 나와 있습니다.

단상 토템 폴 CCM PFC
단상 토템 폴 CCM PFC
단상 토템 폴 CrM PFC
단상 토템 폴 CrM PFC
단상 PFC
단상 PFC
3상 PFC Vienna 정류기
3상 PFC Vienna 정류기

AC-DC 토폴로지

토폴로지
레퍼런스 설계
완제품
주요 제품
단상 토템 폴 CCM PFC 인터리브 CCM 토템 폴 브리지리스 PFC(역률 보정) 레퍼런스 설계 산업용 전원 TMS320F280049 
온보드 충전기(OBC)
단상 토템 폴 CrM PFC 고효율, 1.6kW 고밀도 GaN 기반 1MHz CrM 토템 폴 PFC 컨버터 레퍼런스 설계 텔레콤 & 서버 전원
산업용 전원
온보드 충전기(OBC)
단상 PFC

통합 전력 계측이 가능한 2상 인터리브 역률 보정 키트

텔레콤 & 서버 전원

TMS320F28035

 

산업용 전원
온보드 충전기(OBC)
3상 PFC Vienna 정류기 C2000™ MCU를 사용하는 Vienna 정류기 기반 3상 역률 보정 레퍼런스 설계 충전 파일

TMS320F28377D

TMS320F280049

 

산업용 전원
토템 폴 PFC  98.6% 효율성, 6.6kW 토템 폴 PFC 레퍼런스 설계  온보드 충전기(OBC) TMS320F280049

DC-DC(컨버터)

AC/DC 정류기 또는 기존 DC 버스에서는 시스템의 구성 요소에 맞추고 안전상 절연을 위해 DC 전압을 레벨 시프트해야 하는 경우가 종종 있습니다.  따라서 인터리브드 LLC 또는 페이스 셰딩이나 밸리 스위칭 같은 기술을 통해 효율을 최대화하는 토폴로지 옵션을 도입하는 것이 중요할 수 있습니다. 몇 가지 일반적인 DC-DC 토폴로지는 다음과 같습니다.

인터리브 LLC
인터리브 LLC
위상 전환 풀 브리지
위상 전환 풀 브리지
양방향 DC-DC
양방향 DC-DC

DC-DC 토폴로지

토폴로지
레퍼런스 설계
완제품
주요 제품
인터리브 LLC C2000™ MCU를 사용하는 2상 인터리브 LLC 공진 컨버터 레퍼런스 설계

텔레콤 & 서버 전원

충전 파일

온보드 충전기(OBC)

산업용 전원

TMS320F28379D
위상 전환 풀 브리지 적응형 제로 전압 스위칭(ZVS)을 지원하는 600W PSFB

텔레콤 & 서버 전원

충전 파일

온보드 충전기(OBC)

산업용 전원

TMS320F28027
양방향 DC-DC 양방향 400V-12V DC/DC 컨버터 레퍼런스 설계

온보드 충전기(OBC)

산업용 전원

TMS320F28035

DC-AC(인버터)

최종 기본 토폴로지에는 DC 버스를 AC 영역으로 그리고 출력 전력 요건에 따라 단상 또는 3상 AC 버스로 다시 변환하는 프로세스가 포함됩니다.  출력이 다시 메인 AC 그리드로 연결되는 경우, 네트워크에 효율적으로 통합하기 위해 위상 보정이 필요합니다. 

단상 그리드 연결 인버터
단상 그리드 연결 인버터
단상 전압 소스 인버터
단상 전압 소스 인버터
태양광 마이크로 인버터
태양광 마이크로 인버터

주요 C2000 디지털 전원 완제품

모두 확장모두 축소

태양광 전력

태양광 전력 시스템은 여러 전력 변환 토폴로지를 통합하여 광발전 DC 전압을 부스트하고, 에너지를 저장하거나 전압을 AC로 인버팅하여 직접 사용하거나 전기 그리드로 전송합니다. C2000 MCU 플랫폼은 저비용 마이크로 인버터에서 고성능 그리드 장착 인버터까지 다양한 장치 및 솔루션으로 구성된 포트폴리오를 제공합니다. 

C2000 태양광 전력 다이어그램

에너지 저장 시스템

에너지 저장 시스템(ESS)을 사용하면 재생 가능 또는 재생 불가능한 자원에 의해 생성된 전기를 포착하여 필요할 때 나중에 사용할 수 있습니다. 이러한 시스템은 배터리와 전력 변환 서브 시스템의 두 가지 주요 구성 요소로 구성됩니다. 전력 변환 서브 시스템은 그리드, 배터리 및 AC 부하 간의 전력 교환을 용이하게 하는 전력 인버터, PFC 정류기 및 양방향 DC-DC 컨버터로 구성됩니다.

에너지 저장 디지털 전원 다이어그램

레퍼런스 설계

C2000 MCU는 토폴로지와 상관없이 정확한 파형 제어를 통해 EV 온보드 배터리 충전기 및 EV DC/DC 컨버터를 위한 고급 기술을 구현합니다.

배터리와 주고받는 전력 변환을 모니터링하는 플랫폼을 구축하고, 전력 변환 효율성을 한 자릿수 퍼센트포인트 정도 향상시킵니다.

  • EV 배터리 충전기의 3상 정류기를 위한 DSP 성능
  • 절연 전류 감지
  • 여러 토폴로지를 병렬로 구동하는 코프로세서(CLA(Control Law Accelerator))
  • TMU(Trigonometric Math Unit) – 2~3주기로 SINE, COSINE, ARCTAN, DIV 연산
전기 자동차 기능

전기 자동차

C2000 MCU는 토폴로지와 상관없이 정확한 파형 제어를 통해 EV 온보드 배터리 충전기 및 EV DC/DC 컨버터를 위한 고급 기술을 구현합니다.

배터리와 주고받는 전력 변환을 모니터링하는 플랫폼을 구축하고, 전력 변환 효율성을 한 자릿수 퍼센트포인트 정도 향상시킵니다.

  • EV 배터리 충전기의 3상 정류기를 위한 DSP 성능
  • 절연 전류 감지
  • 여러 토폴로지를 병렬로 구동하는 코프로세서(CLA(Control Law Accelerator))
  • TMU(Trigonometric Math Unit) – 2~3주기로 SINE, COSINE, ARCTAN, DIV 연산
전기 자동차 기능

무선 전력 전송

무선 전력 전송

무선으로 전력을 전송하기 위한 유도성 및 공진 기법은 점점 보편화되고 있습니다. 개인용 전자 제품의 충전뿐만 아니라 오디오 스피커 및 기타 가전제품과 같은 원격 물품의 직접 전원 공급 또는 드론 및 로봇, 소규모 작업 차량, 완전 전기 승용차와 같은 비정적 애플리케이션의 자율 배터리 충전에도 사용되고 있습니다.

무선 전력 전송에서 C2000의 이점

  • DC-DC 및 하프/풀 브리지 제어를 위한 토폴로지 예
  • powerSUITE 소프트웨어 도구 및 디지털 전원 소프트웨어 라이브러리
  • 가장 유연한 PWM 생성, 프리미엄 통합 아날로그 및 고성능 처리 기능

디지털 전원 소프트웨어

powerSUITE는 전력 공급 장치 엔지니어가 C2000 실시간 제어 MCU에 기반을 둔 디지털 제어 전력 공급 장치를 설계할 때 개발 시간을 획기적으로 줄여줍니다.

개발 패키지

디지털 전원 기법에 대한 라이브러리, 드라이버, 시스템 예제, powerSUITE 툴, EVM 및 설계. 최신 C2000 시리즈는 DigitalPower SDK를 통해 지원되며 이전 버전은 controlSUITE를 통해 지원됩니다.

장치 기능

과전류 및 과전압 보호

예상치 못한 결함은 대부분 전력 토폴로지에서 발생합니다. 문제는 MCU가 이러한 결함들을 얼마나 잘 처리하는가 하는 것입니다.  대부분의 C2000 MCU는 PWM 모듈에 대한 직접 연결을 지원하는 통합 콤퍼레이터가 있어서 전류 또는 전압이 과도하거나 부족한 경우 안전/확인 상태로 출력을 변경합니다. 

C2000 MCU는 내장된 아날로그 콤퍼레이터(자체 레퍼런스 전압)를 사용하여 PWM을 시스템 작업과 비동기적으로 그리고 독립적으로 트립할 수 있습니다.  사용자는 내장된 하드웨어를 사용하여 PWM의 "off" 시간을 정의함으로써 과도/부족 상황이 지나갈 때까지 시스템을 안전한 상태로 보호할 수 있습니다.

과전류 및 과전압 보호 다이어그램

효율이 높은 스위칭

모든 디지털 전원 시스템의 기본은 전력 FET를 정확하고 유연하게 제어할 수 있는 능력입니다.  150ps 스텝 사이즈까지 지원하는 소프트웨어 프로그래밍 방식의 고해상도 PWM 등의 기능을 기본적으로 갖추고 있어서 광범위한 설정으로 다양한 시스템 요구 사항에 맞출 수 있습니다.  최대 4개의 서로 다른 비교 모듈을 사양하여 다양한 PWM 기법을 생성할 수 있습니다.  

고효율 스위칭 다이어그램

밸리 스위칭

스위치 모드 전용 전원 공급 장치는 소스 터미널에 대한 드레인의 전압이 밸리 포인트에 도달한 경우 MOSFET의 스위치를 켭니다.  "밸리 스위칭"이라고 하는 이 기법은 특정 유형의 전원 컨버터 애플리케이션이 저부하에서 높은 효율을 유지하는 데 중요한 기술입니다.  일반적으로 이를 위해서는 밸리 포인트를 감지한 후 가변 주파수 제어를 구현할 외부 회로가 필요하기 때문에 까다롭습니다.  최신 타입 4 PWM을 지원하는 C2000 MCU에는 밸리 스위칭 PWM 제어를 지원하는 전용 온칩 하드웨어가 있습니다.

밸리 스위칭 PWM 제어 다이어그램

주요 레퍼런스 설계

PFC(AC/DC)를 지원하는 3상 Vienna 정류기

Vienna 정류기 전력 토폴로지는 오프보드 전기 vehicleEV 충전기 및 전기 통신 정류기 등과 같은 고출력 3상 역률(AC-DC) 분야에 사용됩니다.

2상 인터리브 LLC(공진) 컨버터

공진 컨버터는 서버, 전기 통신, 자동차, 산업 및 기타 전원 공급 장치 분야에서 자주 사용되는 대중적인 DC-DC 컨버터입니다.

그리드 타이 옵션을 갖춘 고전압 인버터(DC/AC)

이 레퍼런스 설계는 C2000™ F2837xD 마이크로컨트롤러를 사용하여 단상 인버터(DC-AC) 제어를 구현합니다.

단상 토템 폴 PFC(AC/DC)

인터리브드 CCM(Continuous Conduction Mode) TTPL(Totem Pole) 브리지리스 PFC(Power Factor Correction)는 높은 밴드 갭 GaN 장치를 사용하는 강력한 전력 토폴로지입니다.