JAJU923A February   2024  – March 2025

 

  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 設計上の考慮事項
    3. 2.3 主な使用製品
      1. 2.3.1 LMG2100
      2. 2.3.2 INA241A
      3. 2.3.3 AMC0106M05
      4. 2.3.4 LMR38010
  9. 3システム設計理論
    1. 3.1 3 相 GaN インバータの電力段
      1. 3.1.1 LMG2100 GaN ハーフブリッジ電力段
    2. 3.2 インライン分流の高精度位相電流検出
      1. 3.2.1 INA241A 超高精度電流センス アンプ、強化型 PWM 除去機能付き
      2. 3.2.2 AMC0106M05 高精度、±50mV 入力、機能絶縁、デルタ シグマ変調器
    3. 3.3 位相電圧および DC 入力電圧のセンシング
    4. 3.4 電力段の PCB 温度監視
    5. 3.5 パワー マネージメント
      1. 3.5.1 48V から 5V への DC/DC コンバータ
      2. 3.5.2 5V～3.3V レール
    6. 3.6 ホスト MCU へのインターフェイス
  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
      1. 4.1.1 TIDA-010936 の PCB の概要
      2. 4.1.2 TIDA-010936 のジャンパ設定
      3. 4.1.3 C2000™ MCU LaunchPad™ 開発キットへのインターフェイス
    2. 4.2 ソフトウェア要件
    3. 4.3 テスト設定
    4. 4.4 テスト結果
      1. 4.4.1 パワー マネージメントおよびシステムのパワーアップとパワーダウン
      2. 4.4.2 GaN インバータ ハーフブリッジ モジュールのスイッチ ノード電圧
        1. 4.4.2.1 48V DC バスでのスイッチ ノード電圧過渡応答
          1. 4.4.2.1.1 ±1A 時の出力電流
          2. 4.4.2.1.2 ±10A 時の出力電流
        2. 4.4.2.2 PWM 周波数の DC バス電圧リップルへの影響
        3. 4.4.2.3 効率の測定
        4. 4.4.2.4 熱解析
        5. 4.4.2.5 無負荷時の損失テスト (COSS 損失)
      3. 4.4.3 相電流検出
  11. 5設計とドキュメントのサポート
    1. 5.1 設計ファイル [必須トピック]
      1. 5.1.1 回路図
      2. 5.1.2 BOM
      3. 5.1.3 PCB レイアウトに関する推奨事項
        1. 5.1.3.1 レイアウト プリント
      4. 5.1.4 Altium プロジェクト
      5. 5.1.5 ガーバー ファイル
      6. 5.1.6 アセンブリの図面
    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
  13. 7謝辞
  14. 8改訂履歴

4.4.2.2 PWM 周波数の DC バス電圧リップルへの影響

バス コンデンサの主な機能は、バス電圧を平滑化し、スイッチング時に過渡電流を供給してバス電圧のリップルを十分に小さく保つことです。

PWM スイッチング周波数を高くすると、バス容量に対する要件を緩和することができます。FET のスイッチング時間が短くなるので、コンデンサに必要な電荷量が小さくなります。そのため、より高い PWM スイッチング周波数を使用すると、必要なバス容量値を小さくすることができます。

通常、電解コンデンサはバス コンデンサとして使用されます。電解コンデンサは十分な容量を提供できますが、サイズが大きい、寿命が短い、高周波特性が劣るなどの欠点があります。これに対し、セラミック コンデンサはより安定性が高く、小型ですが、セラミック コンデンサが提供できる容量は限られています。以下のテストでは、PWM 周波数を上げることで、電解コンデンサからセラミック コンデンサへの置き換えを試みています。

さまざまな周波数で電解コンデンサとセラミック コンデンサのバス リップルをテストして、小型のセラミック コンデンサを使用できるかどうかを判定します。このテストでは、60μF と 100μF の各セラミック・コンデンサ (PN：C3225X7R2A106K250AC × 6 または 10) および 100μF 電解コンデンサ (PN：ECA2AM101) を使用しました。


TIDA-010936 DC リンク電圧 AC リップル (48VDC, 8kHz–80kHz PWM、PH_I = 5ARMS)

図 4-18 DC リンク電圧 AC リップル (48VDC, 8kHz–80kHz PWM、PH_I = 5ARMS)

図 4-18 に示すように、周波数が高くなるにつれてバスのリップルが徐々に減少するため、より小さな容量のコンデンサを使用できます。ただし、セラミック コンデンサは、低周波 (< 80kHz) では電圧リップルが著しく大きくなります。この 10μF セラミック コンデンサの実際の容量は、50V の電圧ではわずか 2.2μF ですから、図 4-18 の 60μF および 100μF のセラミック コンデンサに対応する実際の実効容量は、13.2μF および 22μF です。したがって、リップルは 100μF 電解コンデンサのリップルより大きくなります。

PWM 周波数が 80kHz になると、100μF セラミック コンデンサと電解コンデンサの電圧リップルはほぼ同じになります。したがって、GaN の非常に低いスイッチング損失を利用して、PWM 周波数を 80kHz に上げることができます。同時に、電解コンデンサを同じ容量のセラミック コンデンサに置き換えることで、小型化も実現できます。


TIDA-010936 セラミック コンデンサの容量と電圧の曲線

図 4-19 セラミック コンデンサの容量と電圧の曲線