JAJU732E June   2019  – April 2024 TMS320F28P550SG , TMS320F28P550SJ , TMS320F28P559SG-Q1 , TMS320F28P559SJ-Q1

 

  1.   1
  2.   概要
  3.   参照情報
  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  UCC14141-Q1
      3. 2.2.3  AMC1311
      4. 2.2.4  AMC1302
      5. 2.2.5  OPA320
      6. 2.2.6  AMC1306M05
      7. 2.2.7  AMC1336
      8. 2.2.8  TMCS1133
      9. 2.2.9  TMS320F280039C
      10. 2.2.10 TLVM13620
      11. 2.2.11 ISOW1044
      12. 2.2.12 TPS2640
    3. 2.3 システム設計理論
      1. 2.3.1 電源システムとのデュアル アクティブ ブリッジの類似性
      2. 2.3.2 デュアル アクティブ ブリッジ – スイッチング シーケンス
      3. 2.3.3 デュアル アクティブ ブリッジ - ゼロ電圧スイッチング (ZVS)
      4. 2.3.4 デュアル アクティブ ブリッジ - 設計上の考慮事項
        1. 2.3.4.1 漏れインダクタ
        2. 2.3.4.2 ソフト スイッチングの範囲
        3. 2.3.4.3 インダクタンスの電流への影響
        4. 2.3.4.4 位相シフト
        5. 2.3.4.5 コンデンサの選択
          1. 2.3.4.5.1 DC ブロッキング コンデンサ
        6. 2.3.4.6 スイッチング周波数
        7. 2.3.4.7 トランスの選択
        8. 2.3.4.8 SiC MOSFET の選択
      5. 2.3.5 損失解析
        1. 2.3.5.1 SiC MOSFET とダイオードの損失
        2. 2.3.5.2 トランスの損失
        3. 2.3.5.3 インダクタの損失
        4. 2.3.5.4 ゲート ドライバの損失
        5. 2.3.5.5 効率
        6. 2.3.5.6 熱に関する注意事項
  9. 3回路の説明
    1. 3.1 電力段
    2. 3.2 DC 電圧センシング
      1. 3.2.1 1 次側 DC 電圧検出
      2. 3.2.2 2 次側 DC 電圧検出
        1. 3.2.2.1 2 次側バッテリ電圧センシング
    3. 3.3 電流検出
    4. 3.4 電力アーキテクチャ
      1. 3.4.1 補助電源
      2. 3.4.2 ゲート ドライバのバイアス電源
      3. 3.4.3 検出回路用の絶縁型電源
    5. 3.5 ゲート ドライバの回路
    6. 3.6 追加回路
    7. 3.7 シミュレーション
      1. 3.7.1 構成
      2. 3.7.2 シミュレーションを実行
  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 必要なハードウェアとソフトウェア
      1. 4.1.1 ハードウェア
      2. 4.1.2 ソフトウェア
        1. 4.1.2.1 ソフトウェア入門
        2. 4.1.2.2 ピン構成
        3. 4.1.2.3 PWM の構成
        4. 4.1.2.4 高分解能の位相シフト構成
        5. 4.1.2.5 ADC 構成
        6. 4.1.2.6 ISR 構造
    2. 4.2 テスト設定
    3. 4.3 PowerSUITE GUI
    4. 4.4 ラボ
      1. 4.4.1 ラボ 1
      2. 4.4.2 ラボ 2
      3. 4.4.3 ラボ 3
      4. 4.4.4 ラボ 4
      5. 4.4.5 ラボ 5
      6. 4.4.6 ラボ 6
      7. 4.4.7 ラボ 7
    5. 4.5 テスト結果
      1. 4.5.1 閉ループのパフォーマンス
  11. 5デザイン ファイル
    1. 5.1 回路図
    2. 5.2 部品表 (BOM)
    3. 5.3 Altium プロジェクト
    4. 5.4 ガーバー ファイル
    5. 5.5 アセンブリの図面
  12. 6関連資料
    1. 6.1 商標
  13. 7用語
  14. 8著者について
  15. 9改訂履歴

2.3.5.1 SiC MOSFET とダイオードの損失

電力段では SiC が使用されるため、ボディダイオードはデッドタイム中にのみ導通し、ZVS が発生します。それ以外の場合はすべて、SiC のチャネルがオンになって電流が流れます。1 次側のピーク インダクタ電流は、式 7 と式 8 を使用して計算します。公称動作条件については、次のとおりです。

  • V1 = 800V
  • V2 = 500V
  • Fss = 100kHz
  • Ts=10μs
  • N = 1.6
  • φ = 0.4rad
  • P = 10 kW
  • L = 35μH

これらの入力について i1 および i2 を計算すると、i1 = i2 = 14.3A となります。i1 = i2 となるのは、公称出力電圧 V2 = V1 / N のときのみです。

図 2-21 に 1 次側のスイッチの電流波形を示します。スレッショルド値は、式 21 を使って計算できます。上記の値を代入すると、1 次側スイッチの RMS 電流は 9.67A になります。

式 21. I s w i t c h , p r i m , r m s = 1 6 × i 1 2 + i 2 2 + 1 - 2 φ π × i 2 × i 1 = 9.67 A

ZVS を発生させるデッドタイムのように、ダイオードはスイッチング期間中にわずかな時間しか導通しません。このアプリケーションで選択されたデッドタイムは 200ns です。

式 22. I d i o d e , p r i m = i 2 × t d e a d T s   = 0.286   A

印加されるゲート電圧波形に対応するドレイン - ソース間抵抗の値は、SiC MOSFET のデータシートから取得できます。この値は 75mΩ です。ボディ ダイオードの順方向電圧降下は 5.5V です。 4 つの 1 次側 FET の導通損失は 式 23 で計算されます。

式 23. P c o n d , p r i m = 4 × I s w i t c h , p r i m , r m s 2 × R d s , o n + I d i o d e , p r i m × V f d , p r i m = 34.34   W

同様に、式 24 および 式 25 を使用して、1 次側 RMS 電流をトランスの巻線比でスケーリングすることにより、2 次側 FET の導通損失を計算します。2 次側 MOSFET のオン抵抗は 30mΩ です。ボディ ダイオードの順方向電圧降下は 5.5V です。

式 24. I s w i t c h , s e c , r m s = N   × I s w i t c h , p r i m , r m s = 15.47   A
式 25. I d i o d e , s e c = N   × I d i o d e , p r i m = 0.458   A
式 26. P c o n d , s e c = 4 × I s w i t c h , s e c , r m s 2 × R d s , o n + I d i o d e , s e c × V f d , s e c = 3 7 . 88   W
TIDA-010054 電流の RMS 値を計算するためのスイッチ電流波形図 2-21 電流の RMS 値を計算するためのスイッチ電流波形

メーカーが提供するスイッチング損失曲線を使用して、スイッチング損失を計算します。

これらの FET はゼロ電圧でオンになるため、ターンオフ損失係数のみを使用してスイッチング損失を計算します。C3M0030090K データシートの情報を使用して、この動作条件におけるターンオフ エネルギーは 60μJ と推定されます。1 デバイスあたりのスイッチング損失の値は、式 27 の情報を使って得られます。その結果、2 次側で 24W のスイッチング損失になります。

式 27. P s w , t u n r o f f , s e c = F s × E o f f = 6   W

1 次側スイッチ C3M0075120K については、ターンオフ エネルギーは 75μJ と推定されます。この結果、1 次側で 30W のスイッチング損失になります。

式 28. P s w , t u n r o f f , p r i m = F s × E o f f = 7.5   W

8 個のスイッチすべてにわたる 1 次側および 2 次側のターンオフ スイッチング損失の合計は 54W です。

これらの計算は、公称動作条件に対して行われています。動作点が異なる場合は、計算を調整する必要があります。公称出力電圧ではない場合には、ゼロ電圧スイッチングが失われる可能性があるため、ターンオン損失を考慮する必要があります。