JAJU510J March   2018  – February 2025 TMS320F28P550SG , TMS320F28P550SJ , TMS320F28P559SG-Q1 , TMS320F28P559SJ-Q1

 

  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 主なシステム仕様
  8. 2システム概要
    1. 2.1 ブロック図
    2. 2.2 主な使用製品
      1. 2.2.1  UCC21710
      2. 2.2.2  UCC5350
      3. 2.2.3  TMS320F28379D
      4. 2.2.4  AMC3306M05
      5. 2.2.5  OPA4388
      6. 2.2.6  TMCS1123
      7. 2.2.7  AMC0330R
      8. 2.2.8  AMC0381D
      9. 2.2.9  UCC14341
      10. 2.2.10 UCC33421
    3. 2.3 システム設計理論
      1. 2.3.1 3 相 T タイプ インバータ
        1. 2.3.1.1 アーキテクチャの概要
        2. 2.3.1.2 LCL フィルタの設計
        3. 2.3.1.3 インダクタの設計
        4. 2.3.1.4 SiC MOSFET の選択
        5. 2.3.1.5 損失の推定
      2. 2.3.2 電圧検出
      3. 2.3.3 電流検出
      4. 2.3.4 システムの補助電源
      5. 2.3.5 ゲート ドライバ
        1. 2.3.5.1 1200V の SiC MOSFET
        2. 2.3.5.2 650V の SiC MOSFET
        3. 2.3.5.3 ゲート ドライバのバイアス電源
      6. 2.3.6 制御設計
        1. 2.3.6.1 電流ループの設計
        2. 2.3.6.2 PFC の DC バス電圧レギュレーション ループの設計
  9. 3ハードウェア、ソフトウェア、テスト要件、テスト結果
    1. 3.1 必要なハードウェアとソフトウェア
      1. 3.1.1 ハードウェア
        1. 3.1.1.1 必要なテスト ハードウェア
        2. 3.1.1.2 設計に使用されているマイクロコントローラ リソース (TMS320F28379D)
        3. 3.1.1.3 F28377D、F28379D 制御カードの設定
        4. 3.1.1.4 設計に使用されているマイクロコントローラ リソース (TMS320F280039C)
      2. 3.1.2 ソフトウェア
        1. 3.1.2.1 ファームウェアの概要
          1. 3.1.2.1.1 CCS プロジェクトを開く
          2. 3.1.2.1.2 デジタル電源 SDK のソフトウェア アーキテクチャ
          3. 3.1.2.1.3 割り込みとラボの構造
          4. 3.1.2.1.4 ファームウェアのビルド、ロード、デバッグ
          5. 3.1.2.1.5 CPU ローディング
        2. 3.1.2.2 保護方式
        3. 3.1.2.3 PWM スイッチング方式
        4. 3.1.2.4 ADC ローディング
    2. 3.2 テストと結果
      1. 3.2.1 ラボ 1
      2. 3.2.2 インバータ動作のテスト
        1. 3.2.2.1 ラボ 2
        2. 3.2.2.2 ラボ 3
        3. 3.2.2.3 ラボ 4
      3. 3.2.3 PFC 動作のテスト
        1. 3.2.3.1 ラボ 5
        2. 3.2.3.2 ラボ 6
        3. 3.2.3.3 ラボ 7
      4. 3.2.4 効率に関するテストのセットアップ
      5. 3.2.5 テスト結果
        1. 3.2.5.1 PFC モード
          1. 3.2.5.1.1 PFC スタートアップ - 230VRMS、400VL-L AC 電圧
          2. 3.2.5.1.2 定常状態の結果 - PFC モード
          3. 3.2.5.1.3 効率、THD、力率の結果 (60Hz) – PFCモード
          4. 3.2.5.1.4 ステップ負荷変動による過渡応答テスト
        2. 3.2.5.2 インバータ モード
  10. 4デザイン ファイル
    1. 4.1 回路図
    2. 4.2 部品表 (BOM)
    3. 4.3 PCB レイアウトに関する推奨事項
      1. 4.3.1 レイアウト プリント
    4. 4.4 Altium プロジェクト
    5. 4.5 ガーバー ファイル
    6. 4.6 アセンブリの図面
  11. 5商標
  12. 6著者について
  13. 7改訂履歴

3.2.3.2 ラボ 6

このビルド レベルで PFC の電流ループをチェックします。ラボ 6 は主に、電流ループの調整と性能の最適化を目的としています。スーパーバイザ電圧ループを使用せずに大電力から開始すると、過電流イベントによって電圧が上昇してスイッチが破損する可能性があるため、このラボは低電圧かつローパワーで開始するのが安全です。DC 端子での過電流トリップおよび高電圧を避けるため、TINV_idRef_pu 変数を注意深く設定してください。また、TINV_idRef_pu は、PFC 動作モードでは負の符号で定義され、インバータ動作モードでは正の符号で定義されます。

図 3-22 に、ラボ 6 を実行するためのソフトウェアフローを示します。

TIDA-01606 ラボ 6 のソフトウェア構成図図 3-22 ラボ 6 のソフトウェア構成図

<tinv_settings.h> または main.syscfg ファイルのラボ番号を変更してプロジェクトをラボ 6 に設定します (powerSUITE プロジェクトを使用する場合、これは powerSUITE GUI で変更されます)。

ユーザーの settings.h ファイルには他にもいくつかの追加オプションがありますが、この設計ガイドに記載されているテストでは以下のオプションを使用します。

#if TINV_LAB == 6
#define TINV_TEST_SETUP TINV_TEST_SETUP_RES_LOAD
#define TINV_PROTECTION TINV_PROTECTION_ENABLED
#define TINV_SFRA_TYPE TINV_SFRA_CURRENT
#define TINV_SFRA_AMPLITUDE (float32_t)TINV_SFRA_INJECTION_AMPLITUDE_LEVEL2
#define TINV_POWERFLOW_MODE TINV_RECTIFIERER_MODE
#define TINV_DC_CHECK 0
#define TINV_SPLL_TYPE TINV_SPLL_SRF
#endif

このチェックでは、ソフトウェアはハードウェアまたは HIL プラットフォームのいずれか、あるいは両方で実行されます。

テストの構成に使用した機器の詳細については、ハードウェア テスト設定のセクションを参照してください。高電圧電力はまだ基板に供給しないでください。

  • まず main.syscfg を起動し、プロジェクト オプションでラボ 6 を選択します。補償器スタイル (PI 補償器) と調整ループ (電流ループ) が自動的に設定されます。ここで [Run Compensation Designer] アイコンをクリックすると、Compensation Designer ツールが起動し、powerSUITE ページで指定したパラメータを持つ電流ループ プラント モデルが表示されます。
  • 制御ループの実行に使用する電流補償係数を次のコードに示します。これらの係数は、必要なループ帯域幅と位相マージンを満たすように変更できます。抵抗性負荷を使用する場合の理想的な係数は、送電網接続に使用する係数とはわずかに異なります。これは、送電網のインピーダンスが非常に小さいためです。補償回路設計の伝達関数と応答は、図 3-23 に示すようになります。
    #define TINV_GV_PI_KP ((float32_t) 1.9979056049)
#define TINV_GV_PI_KI ((float32_t) 0.0041887902)
    TIDA-01606 補償器設計の GUI - 電流ループの PI 係数図 3-23 補償器設計の GUI - 電流ループの PI 係数
  • 比例および積分利得値が条件を満たしているなら、[Save COMP] ボタンをクリックします。これにより、補償器の値がプロジェクトに保存されます。Compensation Designer を閉じて、powerSUITE ページに戻ります。
  • 補助電源をオンにし、12V に設定します。コードをビルドしてロードし、lab6.js ファイルを使用して CCS ウィンドウに監視する変数を入力します。
  • 電子負荷の CV 電圧を 100V、20A 制限に設定します。
  • AC 入力電圧を適切な電流制限を使用して 30VRMS に設定します。
  • 高電力テストの際には、デバッグ セッション中に CCS WATCH ウィンドウの TINV_fanSet 機能を使用して、ファンを有効にしてください。
  • AC 電源をオンにした後、すぐに TINV_neutralRelaySet に 1 を書き込んでリレーをオンにします。AC 電源をオンにした後すぐ (2 秒以内) にリレーがオンになるようにします。
  • TINV_idRef_pu を -0.015pu に設定します
  • PFC モードを開始するには、TINV_startPowerStage 変数に「1」を入力します。正弦波信号の電流が送電網から流れ (ローパワーでの電流であるため、いくらかの高調波を含む)、vBus 上に昇圧が見られます。出力電圧は 75V から約 100V に昇圧されます。
  • 負荷が増加すると、電流は正弦波になります。これにより、PFC が 30VRMS で開始したことを検証できます。
  • 次に、120VRMS および 230VRMS 入力で PFC テストを再度実施します。
  • 電子負荷の CV 電圧を 800V、20A 制限に設定します。前述の手順と同様に PFC 昇圧を開始します。
    注: ラボ 7 では、PFC の電圧ループを紹介します。

    このラボでは、出力電圧を調整する電子負荷を使用します。これらのテスト用に、TINV_VBUS_OVERVOLT_LIMIT を設定する必要があります。

  • 120VRMS、90kHz PWM で動作する PFC 閉電流ループの例を図 3-24に示します。
    TIDA-01606 120VRMS で動作する PFC 電流ループ
    スコープの信号：チャネル 1 - DC 電圧 (青)、チャネル 4 - AC 電圧 (緑)、
    チャネル 3 - AC 電流 (赤)。電圧プローブは 500:1 に縮小されます。
    図 3-24 120VRMS で動作する PFC 電流ループ
  • 前述の手順を繰り返し、220VRMS での PFC を確認します。
  • 230VRMS、90kHz PWM で動作する PFC 閉電流ループの例を図 3-25に示します。
    TIDA-01606 230VRMS、90kHz で動作する PFC 電流ループ
    スコープの信号：チャネル 1 - DC 電圧 (青)、チャネル 4 - AC 電圧 (緑)、
    チャネル 3 - AC 電流 (赤)。電圧プローブは 500:1 に縮小されます。
    図 3-25 230VRMS、90kHz で動作する PFC 電流ループ
  • 230VRMS、70kHz PWM で動作する PFC 閉電流ループの例を図 3-26に示します。
    TIDA-01606 230VRMS、70kHz で動作する PFC 電流ループ
    スコープ信号：チャネル 1 - DC 電圧 (青)、チャネル 4 - AC 電圧 (緑)、
    チャネル 3 - AC 電流 (赤)。電圧プローブは 500:1 に縮小されます。
    図 3-26 230VRMS、70kHz で動作する PFC 電流ループ
  • スタートアップ時の過電流を確実に低減するため、ソフトスタート方式はスタートアップ時に実装されます。このため、デッド バンド設定を調整することにより、デューティは PWM モジュールに制限されます。デッド バンドを大きな値に設定し、徐々に公称値まで下げて電流スパイクを制限する、このセットアップの PWM 構成を図 3-27 に示します。
    TIDA-01606 デッドバンドのソフトスタート PWM 構成図 3-27 デッドバンドのソフトスタート PWM 構成
  • 図 3-28 に、スタートアップ時にデッド バンドを実装しないスタートアップ方式の影響を示します。ソフトスタートを使用しないと、大きな電流スパイクが発生して、過電流トリップが発生し、DC バスの電圧崩壊も引き起こします。図 3-28 に、ソフトスタートを実装しない場合の過電流を示します。
    TIDA-01606 ソフトスタートなし
    スコープの信号：チャネル 1 - AC 電圧 (青)、チャネル 2 - AC 電流 (薄緑)、
    チャネル 3 - DC 電圧 (深緑)
    図 3-28 ソフトスタートなし

    図 3-29 に、ソフトスタートを実装することにより電流スパイクが低減するところを示します。

    TIDA-01606 適応型デッド バンドを採用したソフトスタート
    スコープの信号：チャネル 1 - AC 電圧 (青)、チャネル 2 - AC 電流 (薄緑)、
    チャネル 3 - DC 電圧 (深緑)。
    図 3-29 適応型デッド バンドを採用したソフトスタート
  • このラボのソフトウェアには SFRA が統合されているため、ハードウェアを測定して、設計した補償器が十分なゲイン マージンと位相マージンを提供していることを検証できます。SFRA を実行するには、プロジェクトを実行している状態で、cfg ページから SFRA アイコンをクリックします。SFRA GUI がポップアップ表示されます。
  • SFRA GUI でデバイスのオプションを選択します。例として、F28377D の場合には浮動小数点を選択します。[Setup Connection] をクリックします。 ポップアップ ウィンドウで [Boot on Connect] オプションのチェックを外し、適切な COM ポートを選択します。[OK] ボタンをクリックします。 SFRA GUI に戻り、[Connect] をクリックします。
  • SFRA GUI がデバイスに接続します。これで [Start Sweep] ボタンをクリックして、SFRA 掃引を開始できるようになりました。SFRA 掃引が完了するまでには数分かかります。SFRA GUI のプログレス バーを確認したり、UART の動作を示す制御カード裏面の青色 LED の点滅をチェックしたりすることで、動作を監視できます。完了すると、図 3-30 および 図 3-31 に示すように、開ループ プロットを含むグラフが表示されます。これらのグラフは、それぞれ SFRA GUI で測定されたプラント応答とループ応答を示します。これにより、設計した補償器が確かに安定していることを検証できます。
    TIDA-01606 電流ループに対する PFC SFRA プラントの応答図 3-30 電流ループに対する PFC SFRA プラントの応答
    TIDA-01606 電流ループに対する PFC SFRA ループの応答図 3-31 電流ループに対する PFC SFRA ループの応答
  • また、周波数応答データは SFRA データ フォルダ下のプロジェクト フォルダに保存され、SFRA 実行時のタイムスタンプが記録されます。
  • これで、ラボ 6 の検証は完了です。