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Microcontrollers (MCUs) & processors

C2000 real-time microcontrollers – Solarenergie und digitale Stromversorgung

C2000™-MCUs erfüllen den wachsenden Bedarf an anpassbaren digital geregelten Leistungswandlern mit hohem Wirkungsgrad und geringer Baugröße.

Tools und Designs

Beschleunigen Sie die Entwicklung Ihrer Stromversorgungslösung mit unseren EVMs oder anwendungsspezifischen Referenzdesigns.

Software

TI-Softwarelösungen umfassen Grundbausteine, Beispielimplementierungen und einen einzigartigen Satz von Tools zur Stromversorgungsentwicklung.

Schulungen

Erfahren Sie mehr über die digitale Stromversorgungsregelung, bestimmte Anwendungen und Entwicklungstools oder lesen Sie die bausteinspezifischen Anweisungen.

Warum digitale Stromversorgung?

Digitales Power-Management und digitale Regelfähigkeiten bieten Echtzeitintelligenz und ermöglichen die Entwicklung von flexiblen Hochfrequenz-Schaltnetzteilen, die sich automatisch an die Umgebung anpassen und damit den Wirkungsgrad und die Leistung verbessern. Diese automatische Anpassung ermöglicht Änderungen der Eingangsspannung, des Ausgangslaststroms und der Systemtemperatur. Sie bietet außerdem Energieeinsparungen durch dynamische Spannungsskalierung und fortschrittliche Regeltechniken zur Optimierung der Systemleistung.

Laden von Elektrofahrzeugen

Höherer Wirkungsgrad des Systems

Optimierung des Wirkungsgrads in Echtzeit durch intelligente Anpassung der Sense-Leitung und Last sowie des Betriebszustands.

Integration auf Systemebene

Integrierte Steuerungshardware ermöglicht weniger und kleinere Bausteine, die komplexere Funktionen erfüllen

Niedrige Kosten & weniger Bauteile

Geräte benötigen weniger Komponenten und senken die Systemkosten

Einfache & verkürzte Entwicklungsarbeit

Lösungen sind einfach und beschleunigen Ihre Entwicklungszeit

Das größte Sortiment der Branche

Programmierbare und nicht programmierbare Controller für die Hochleistungs-PFC-, AC/DC- und isolierte DC/DC-Stromversorgung

Flexibilität bei der Spannungsreglertopologie

Präzise Wellenformsteuerung bei jeder Topologie mit hochauflösender Phasen-, Perioden- und Einschaltsteuerung

Zuverlässigkeitsmonitoring und Sicherheit auf Systemebene

Robuster Schutz für Hochleistungssysteme durch Überwachung und Steuerung der Stromverteilung 

Größere Leistungsdichte / schnellere Regelkreise

Erzielen Sie höhere Betriebsfrequenzen und kleinere Komponenten durch Hochgeschwindigkeitsverarbeitung und -feedback sowie hochauflösende PWM-Kontrolle

Digitale im Vergleich zur analogen Steuerung von Stromversorgungssystemen

Verwaltung einer Stromversorgungstopologie mit integrierten Schaltungen und diskreten Analogkomponenten (siehe Abbildung). 

Der Begriff „digital“ gibt an, dass alle externen Signale aus dem nativen Analogzustand in einen Digitalzustand konvertiert werden, damit sie vom Hauptcontroller des Systems genutzt werden können.

 

Grundlegende Stromversorgungstopologien 

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AC/DC (Gleichrichter)

In verschiedenen Anwendungsbereichen wie Telekommunikation, Ladestationen für Elektrofahrzeuge und industrielle Stromversorgung wird die Energie dem Stromnetz entnommen. In der Regel wird dazu ein AC/DC-Gleichrichter mit Leistungsfaktorkorrektur (PFC) verwendet. Dieser kann je nach erforderlicher Ausgangsleistung ein- oder dreiphasig sein. Einige typische Möglichkeiten der Implementierung eines AC/DC-Gleichrichters sind unten aufgelistet:

Einphasige Totem-Pole-PFC-Schaltung (CCM)
Einphasige Totem-Pole-PFC-Schaltung (CCM)
Einphasige Totem-Pole-PFC-Schaltung (CrM)
Einphasige Totem-Pole-PFC-Schaltung (CrM)
Einphasige PFC-Schaltung
Einphasige PFC-Schaltung
Dreiphasiger PFC-Vienna-Gleichrichter
Dreiphasiger PFC-Vienna-Gleichrichter

AC/DC-Topologien

Topologie
Referenzdesign
Endgeräte
Schlüsselprodukt
Einphasige Totem-Pole-PFC-Schaltung (CCM) Referenzdesign einer brückenlosen Totem-Pole-PFC-Schaltung (Interleaved-CCM) Industrielle Stromversorgung TMS320F280049 
Integriertes Ladegerät (OBC)
Einphasige Totem-Pole-PFC-Schaltung (CrM) Referenzdesign einer GaN-basierten CrM-Totem-Pole-PFC-Schaltung mit großem Wirkungsgrad und hoher Dichte (1,6 kW, 1 MHz) Telekommunikation & Serverstromversorgung
Industrielle Stromversorgung
Integriertes Ladegerät (OBC)
Einphasige PFC-Schaltung

Zweiphasiges Interleaved-Leistungsfaktorkorrekturkit mit integrierter Leistungsmessung

Telekommunikation & Serverstromversorgung

TMS320F28035

 

Industrielle Stromversorgung
Integriertes Ladegerät (OBC)
Dreiphasiger PFC-Vienna-Gleichrichter Referenzdesign einer Dreiphasen-Leistungsfaktorkorrektor auf Basis eines Vienna-Gleichrichters mit C2000™-MCUs Ladesäule

TMS320F28377D

TMS320F280049

 

Industrielle Stromversorgung
Totem-Pole-PFC  Referenzdesign für 98,6 % Wirkungsgrad, 6,6 kW Totem-Pole-PFC  Integriertes Ladegerät (OBC) TMS320F280049 
CCM Totem-Pole brückenlos  Referenzdesign für AC/DC-Stromversorgung aus Titan mit PFC, 1 kW, 80 Plus  Telekommunikation & Serverstromversorgung  TMS320F280049 

DC-DC (Wandler)

Entweder vom AC/DC-Gleichrichter oder einem vorhandenen DC-Bus aus muss der Pegel der Gleichspannung oft verschoben werden, um ihn an die Komponenten im System anzupassen und aus Sicherheitsgründen zu isolieren. Um dies zu erreichen kann die Einführung von Topologieoptionen zur Maximierung der Effizienz wie Interleaved LLC oder Techniken wie Phasenabwurf oder Valley Switching wichtig sein. Einige typische DC/DC-Topologien werden unten gezeigt:

Interleaved LLC
Interleaved LLC
Phasenverschobene Vollbrücke
Phasenverschobene Vollbrücke
Bidirektionale DC/DC-Wandlung
Bidirektionale DC/DC-Wandlung

DC/DC-Topologien

Topologie
Referenzdesign
Endgeräte
Schlüsselprodukt
Interleaved LLC Referenzdesign für zweiphasigen LLC-Resonanzwandler nach dem Interleaved Verfahren mit C2000™-MCUs

Telekommunikation & Serverstromversorgung

Ladesäule

Integriertes Ladegerät (OBC)

Industrielle Stromversorgung

TMS320F28379D
Phasenverschobene Vollbrücke 600-W-PSFB mit adaptivem spannungslosem Schalten (ZVS)

Telekommunikation & Serverstromversorgung

Ladesäule

Integriertes Ladegerät (OBC)

Industrielle Stromversorgung

TMS320F28027
Bidirektionale DC/DC-Wandlung Referenzdesign für bidirektionalen Gleichspannungswandler (400 V/12 V)

Integriertes Ladegerät (OBC)

Industrielle Stromversorgung

TMS320F28035

DC-AC-Inverter)

Die letzte Grundtopologie besteht darin, einen DC-Bus in den AC-Bereich zu transformieren, und zwar je nach Ausgangsleistungsanforderungen entweder einen einphasigen oder dreiphasigen AC-Bus. Wenn der Ausgang wieder an den Hauptnetzspannungsnetzphasenabgleich gebunden ist, ist eine effiziente Integration in das Netzwerk von entscheidender Bedeutung. 

Einphasiger netzgekoppelter Wechselrichter
Einphasiger netzgekoppelter Wechselrichter
Einphasiger Spannungsquellen-Wechselrichter
Einphasiger Spannungsquellen-Wechselrichter
Mikro-Solarwechselrichter
Mikro-Solarwechselrichter

Vorgestellte Endgeräte mit digitalen C2000-Stromversorgungslösungen

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Solarstrom

Solarstromanlagen integrieren mehrere Energieumwandlungstopologien, um die erzeugte Gleichspannung zu erhöhen und entweder die Energie zu speichern oder die Spannung für die direkte Verwendung oder die Einspeisung in das Stromnetz in Wechselspannung umzuwandeln. Die C2000-MCU-Plattform repräsentiert eine große Palette von Bausteinen und Lösungen von kostengünstigen Mikro-Wechselrichtern bis hin zu netzgekoppelten Hochleistungswechselrichtern.. 

Diagramm einer C2000-Solarstromlösung

Energiespeichersysteme

Mit Energiespeichersystemen (ESS) können Sie den Strom aus erneuerbaren oder nicht erneuerbaren Ressourcen erfassen, um ihn bei Bedarf zu einem späteren Zeitpunkt nutzen zu können. Diese Systeme bestehen aus zwei Hauptkomponenten – der Batterie und dem Subsystem zur Leistungsumwandlung. Das Subsystem zur Leistungsumwandlung besteht aus einem Wechselrichter, einem PFC-Gleichrichter und einem bidirektionalen DC-DC-Wandler, die zusammen den Leistungsaustausch zwischen dem Netz, der Batterie und den AC-Lasten erleichtern.

Digitales Leistungsdiagramm für Energiespeicher

Referenzdesigns

Elektrofahrzeuge

C2000-MCUs ermöglichen fortschrittliche Technologie für im Fahrzeug integrierte EV-Batterieladegeräte sowie für DC/DC-Wandler mit präziser Kontrolle der Wellenform unabhängig von der Topologie.

Sie minimieren nicht nur den Energieverlust durch den Aufbau von Plattformen zur Überwachung der Stromwandlung in und aus der Batterie, sondern verbessern auch den Wirkungsgrad der Stromwandlung um einige Prozentpunkte.

  • DSP-Leistung für 3-Phasen-Gleichrichter für EV-Batterielader
  • Integrierte Sigma-Delta-Schaltungen für isolierte Strommessung
  • Co-Prozessoren (CLA – Control-Law-Accelerators) zum gleichzeitigen Ansteuern mehrerer Topologien
  • Trigonometrie-Einheit – Operationen für SINUS, COSINUS, ARCTAN, DIV in 2-3 Zyklen
Elektrofahrzeug-Funktionen

Drahtlose Energieübertragung

Drahtlose Energieübertragung

Induktive und resonante Techniken zur drahtlosen Übertragung von Energie sind immer häufiger anzutreffen. Sie ermöglichen nicht nur das Aufladen von persönlichen Elektronikgeräten, sondern auch die direkte Stromversorgung von entfernten Geräten wie Lautsprecherboxen und andere Unterhaltungselektronik sowie das autonome Laden von Akkus in nicht-statischen Anwendungen wie Drohnen und Robotern, in kleinen Spezialfahrzeugen und in vollelektrischen Personenfahrzeugen.

Vorteile des C2000 bei der drahtlosen Energieübertragung

  • Topologiebeispiele für DC-DC und Halb-/Vollbrückensteuerung
  • powerSUITE Software-Tools und digitale Stromversorgungssoftware
  • Flexibelste PWM-Erzeugung, erstklassige integrierte Analogfunktionen und hohe Verarbeitungsleistung

Software für digitale Stromversorgungsanwendungen

powerSUITE beschleunigt die Entwicklung von digital geregelten Stromversorgungslösungen auf Basis der C2000-MCUs zur Echtzeitsteuerung erheblich.

Entwicklungspakete

Bibliotheken, Treiber, Systembeispiele und powerSUITE-Tools für digitale Stromversorgungstechniken, EVMs und Designs. Die neuesten C2000-Produkte werden durch das DigitalPower-SDK, die älteren durch controlSUITE unterstützt.

Funktionsumfang des Bausteins

Überstrom- und Überspannungsschutz – Diagramm

Unerwartete Fehler sind in den meisten Stromversorgungstopologien gegeben. Die Frage ist, wie gut sie von der MCU verarbeitet werden. Die meisten C2000-MCUs verfügen über integrierte Komparatoren mit direkten Verbindungen zu den PWM-Modulen, um den Ausgang bei Über-/Unterstrom- oder Spannungsereignissen in einen sicheren/bekannten Zustand zu versetzen. 

Mit den integrierten Analogkomparatoren (mit unabhängigen Referenzspannungen) können C2000-MCUs beliebige oder alle PWMs asynchron und unabhängig zur Systemaufgabe auslösen. Mit der integrierten Hardware kann der Benutzer festlegen, wie lange die PWMs "aus" sein sollen, um das System in einen sicheren Zustand zu versetzen, bis das Überspannungs-/Unterspannungsereignis vorbei ist.

Überstrom- und Überspannungsschutz – Diagramm

Hocheffizientes Schaltdiagramm

Grundlegend für jedes digitale Stromversorgungssystem ist die Fähigkeit, die Leistungs-FETs präzise und flexibel zu steuern. Integrierte Funktionen wie softwareprogrammierbare hochauflösende PWMs mit einer Schrittweite von bis zu 150 ps ermöglichen viele Einstellungen, die sich an eine Vielzahl von Systemanforderungen anpassen lassen. Mit bis zu 4 verschiedenen Vergleichsmodulen kann eine Vielzahl von PWM-Schemata erstellt werden.  

Hocheffizientes Schaltdiagramm

Talumschaltung

Eine spezielle Eigenschaft von Schaltnetzteilen ist der Wunsch, den MOSFET einzuschalten, wenn die Spannung über ihre Drain-to-Source-Klemmen einen Talpunkt erreicht hat. Dies wird als "Valley Switching" bezeichnet und ist ein wichtiges Verfahren zur Aufrechterhaltung hoher Wirkungsgrade bei niedrigen Lasten für bestimmte Arten von Stromwandleranwendungen. Normalerweise stellt dies eine Herausforderung dar, da externe Schaltungen erforderlich sind, um den Talpunkt zu erkennen und dann eine variable Frequenzsteuerung zu implementieren. C2000-MCU mit neueren Typ-4-PWMs verfügen über spezielle On-Chip-Hardware zur Unterstützung der PWM-Steuerung mit Valley Switching.

PWM-Steuerdiagramm für Valley-Schalten

Vorgestellte Referenzdesigns

Dreiphasiger Vienna-Gleichrichter mit PFC (AC/DC)

Die Leistungstopologie von Vienna-Gleichrichtern wird in dreiphasigen Leistungsfaktoranwendungen (AC-DC) wie separat von der Platine montierten Ladegeräten für Elektrofahrzeuge und für Telekommunikationsgleichrichter verwendet.

Zweiphasiger resonanter Interleaved-LLC-Wandler

Resonanzwandler sind populäre DC-DC-Wandler, die häufig in Server-, Telekommunikations-, Automobil-, Industrie- und anderen Stromversorgungsanwendungen eingesetzt werden.

Hochspannungswechselrichter mit optionaler Netzkoppelung (DC/AC)

Dieses Referenzdesign implementiert eine einphasige Wechselrichterregelung (DC/AC) mit dem C2000™-Mikrocontroller F2837xD.

Einphasiger Totem-Pole-PFC (AC/DC)

Interleaved Continuous Conduction Mode (CCM) Totem Pole (TTPL) Bridgeless Power Factor Correction (PFC) bezeichnet eine attraktive Leistungstopologie, in der GaN-Bausteine mit hohem Bandabstand zum Einsatz kommen.