ZHCU458I march   2018  – july 2023

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1系统说明
    1. 1.1 主要系统规格
  8. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 主要产品
      1. 2.2.1  UCC21710
      2. 2.2.2  UCC5320
      3. 2.2.3  TMS320F28379D
      4. 2.2.4  AMC1305M05
      5. 2.2.5  OPA4340
      6. 2.2.6  LM76003
      7. 2.2.7  PTH08080W
      8. 2.2.8  TLV1117
      9. 2.2.9  OPA350
      10. 2.2.10 UCC14240
    3. 2.3 系统设计原理
      1. 2.3.1 三相 T 型逆变器
        1. 2.3.1.1 架构概述
        2. 2.3.1.2 LCL 滤波器设计
        3. 2.3.1.3 电感器设计
        4. 2.3.1.4 SiC MOSFET 选型
        5. 2.3.1.5 损耗估算
        6. 2.3.1.6 散热注意事项
      2. 2.3.2 电压感测
      3. 2.3.3 电流检测
      4. 2.3.4 系统电源
        1. 2.3.4.1 主输入电源调节
        2. 2.3.4.2 隔离式偏置电源
      5. 2.3.5 栅极驱动器
        1. 2.3.5.1 1200V SiC MOSFET
        2. 2.3.5.2 650V SiC MOSFET
        3. 2.3.5.3 栅极驱动器辅助电源
      6. 2.3.6 控制设计
        1. 2.3.6.1 电流环路设计
        2. 2.3.6.2 PFC 直流母线电压调节环路设计
  9. 3硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 3.1 需要的硬件和软件
      1. 3.1.1 硬件
        1. 3.1.1.1 所需的测试硬件
        2. 3.1.1.2 设计中使用的微控制器资源 (TMS320F28379D)
        3. 3.1.1.3 F28377D、F28379D 控制卡设置
        4. 3.1.1.4 设计中使用的微控制器资源 (TMS320F280039C)
      2. 3.1.2 软件
        1. 3.1.2.1 固件入门
          1. 3.1.2.1.1 打开 CCS 工程
          2. 3.1.2.1.2 Digital Power SDK 软件架构
          3. 3.1.2.1.3 中断和实验结构
          4. 3.1.2.1.4 构建、加载和调试固件
        2. 3.1.2.2 保护方案
        3. 3.1.2.3 PWM 开关方案
        4. 3.1.2.4 ADC 负载
    2. 3.2 测试和结果
      1. 3.2.1 实验 1
      2. 3.2.2 测试逆变器运行情况
        1. 3.2.2.1 实验 2
        2. 3.2.2.2 实验 3
        3. 3.2.2.3 实验 4
      3. 3.2.3 测试 PFC 运行情况
        1. 3.2.3.1 实验 5
        2. 3.2.3.2 实验 6
        3. 3.2.3.3 实验 7
      4. 3.2.4 效率测试设置
      5. 3.2.5 测试结果
        1. 3.2.5.1 PFC 模式 - 230VRMS、400V L-L
          1. 3.2.5.1.1 PFC 启动 – 230VRMS、400V L-L 交流电压
          2. 3.2.5.1.2 230VRMS、400V L-L 下的稳态结果 - PFC 模式
          3. 3.2.5.1.3 220VRMS、50Hz 下的效率和 THD 结果 – PFC 模式
          4. 3.2.5.1.4 阶跃负载变化时的瞬态测试
        2. 3.2.5.2 PFC 模式 - 120VRMS、208V L-L
          1. 3.2.5.2.1 120VRMS、208V L-L 下的稳态结果 - PFC 模式
          2. 3.2.5.2.2 120VRMS 下的效率和 THD 结果 - PFC 模式
        3. 3.2.5.3 逆变器模式
          1. 3.2.5.3.1 逆变器闭环结果
          2. 3.2.5.3.2 效率和 THD 结果 - 逆变器模式
          3. 3.2.5.3.3 逆变器 - 瞬态测试
      6. 3.2.6 开环逆变器测试结果
  10. 4设计文件
    1. 4.1 原理图
    2. 4.2 物料清单
    3. 4.3 PCB 布局建议
      1. 4.3.1 布局图
    4. 4.4 Altium 工程
    5. 4.5 光绘文件
    6. 4.6 装配图
  11. 5商标
  12. 6关于作者
  13. 7修订历史记录

2.3.1.2 LCL 滤波器设计

任何向电网传输电力的系统都需要满足特定的谐波含量输出规格。在诸如现代光伏逆变器之类的电压源系统中，高阶 LCL 滤波器通常可提供足够的谐波衰减，同时与更简单的滤波器设计相比，整体设计尺寸得以减小。然而，由于更高阶的性质，在其设计中需要注意控制共振。图 2-31 所示为一个典型的 LCL 滤波器。

GUID-157E5E1F-4C45-4AC4-9A7A-7DB71E1F3CFD-low.gif图 2-31 LCL 滤波器架构

与传统的基于硅的开关元件相比，使用 SiC MOSFET（比如本参考设计）的主要优势之一是能够显著提高功率级的开关频率。这种提高的开关频率对逆变器的输出滤波器谐振设计有直接影响，需要加以考虑。为了确保围绕该开关频率正确设计滤波器，本设计中采用了这种已知的数学模型。

主要元件是逆变器电感器，即 Linv，可根据方程式 49 将它推导出来：

方程式 1. GUID-3357DE39-B3DB-47B0-B36C-A320D3A920D7-low.gif

使用重新确定的系统规格，可轻松计算出初级电感值：

方程式 2. GUID-D9FB570F-5F4E-41B9-9345-CBB9C66E4985-low.gif

使用方程式 3 以类似方式计算初级滤波电容器的大小：

方程式 3. GUID-FB7CCE68-481C-423E-805E-CD1EEC5F9F5F-low.gif

在设计上进行一些假设来最终确定 Cf 的值，即将电容器吸收的总无功功率限制在 5%。按每相功率换算系统总功率，得出初级电容值为：

方程式 4. GUID-C379DB87-3644-47B3-A319-E04FF6B0F218-low.gif
方程式 5. GUID-5369F0F5-AC95-42CC-9D3A-8DE090EB1823-low.gif
方程式 6. GUID-2993B85D-C560-4FE0-BE20-1FA0232C67B2-low.gif

对于滤波器设计的其余部分，通过定义电网电感器和逆变器电感器中允许纹波之间的衰减系数来确定相应的值。此系数需要尽可能小，同时仍然保持整体滤波器的稳定性且具有成本效益。通过假设衰减系数，可根据方程式 4 确定一个定义了两个电感器之间比率的 r 值：

若要获得 10% 的衰减系数，并使用先前的推导值，可计算出 r 的值为：

方程式 7. GUID-3330E7CF-084E-4FAC-B3FA-1E57848693C9-low.gif

然后，Lgrid 的结果值为：

方程式 8. GUID-BB2180BD-41BC-4775-87E7-359158428ED8-low.gif

可通过确定谐振频率 (Fres) 来验证滤波器设计。为了提供稳定的 Fres，一个良好标准是它比线路频率高一个数量级，并且小于开关频率的一半。该标准避免了高次和低次谐波频谱中的问题。滤波器的谐振频率由方程式 9 定义：

方程式 9. GUID-95F3555F-E220-4FC6-9A91-68B4698F6656-low.gif

或者，使用推导出的滤波器值：

方程式 10. GUID-CE0EB9CE-D888-43BF-A2A8-E9D943485CBC-low.gif

Fres 的这个值符合前面列出的标准并验证了滤波器设计。

剩下要确定的值是为避免振荡而必须添加的被动阻尼。通常，比较适合的选择是与谐振条件下的 Cf 阻抗具有相同相对数量级的阻尼电阻。根据方程式 11 可轻松得出该阻抗：

方程式 11. GUID-3F1AA896-EAB2-493C-B691-691FF12AEE7E-low.gif
方程式 12. GUID-B416E1CB-5903-46A5-9351-B9073857F2DC-low.gif

在硬件中进行最终实现时，应根据产品供货情况为所有这些元件使用实际值，且选择的值必须接近这些值（通常为 ±10%）。确定最终值后，重新计算谐振频率以确保滤波器仍保持稳定。