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

3.2.3.2 实验 6

在此构建级别中将检查 PFC 的电流环路。实验 6 主要用于调整电流环路并优化其性能。在低电压和低功率下启动实验 6 始终是安全的，因为在无监控电压环路的情况下以较高功率启动会因过流事件而升高电压并会烧毁开关。因此，小心设置 TINV_idRef_pu 变量是非常重要的，以免直流端子出现过流跳闸和高电压。此外，将 TINV_idRef_pu 定义为负号表示 PFC 工作模式，定义为正号表示逆变器工作模式。

图 3-21 描述了运行实验 6 的软件流程。

GUID-20210222-CA0I-WX96-F33D-5GCQQCLJJ7NF-low.svg图 3-21 实验 6 软件图

通过更改 <settings.h> 文件中的实验编号，将工程设置为“实验 6”（使用 powerSUITE 工程时，powerSUITE GUI 将进行此更改）

在 user settings.h 文件中，有一些附加选项可用，但本用户指南中所述的测试采用以下代码。

#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

在此检查中，软件在硬件和/或 HIL 平台上运行。

请参阅硬件测试设置部分，了解用于配置该测试之设备的实际详情。请勿向电路板提供任何 HV 电源。

  • 首先启动 main.cfg 并在工程选项中选择“Lab 6”（实验 6）。补偿器样式（PI 补偿器）和调优环路（电流环路）将自动填充。现在点击运行补偿设计器图标，然后补偿设计器工具会以电流环路受控体模型启动，powerSUITE 页面中指定了相应的参数。
  • 用于运行控制环路的电流补偿器系数如以下代码中所示。用户可修改这些系数以满足必要的环路带宽和相位裕度。用于电阻负载的理想系数与用于并网的系数略有不同，因为电网阻抗非常低。补偿器设计传递函数和响应如图 3-22 所示。
    #define TINV_GI_PI_KP ((float32_t)0.3))
#define TINV_GI_PI_KI ((float32_t)0.0120860479))
    GUID-20210408-CA0I-HZLD-5CFD-BJ4ND9XQV6FW-low.png图 3-22 补偿器设计 GUI - 电流环路 PI 系数
  • 对比例增益值和积分增益值感到满意后，点击“Save COMP”（保存 COMP）。该操作将补偿器值保存到工程中。关闭补偿设计器并返回 powerSUITE 页面。
  • 开启辅助电源并将其设置为 15V。构建并加载代码，使用 lab6.js 文件在 CCS 窗口中填充 watch 变量。
  • 将负载电阻设置为 3.18kΩ 的高值。
  • 将交流输入电压设置为 30VRMS，并进行适当的电流限制。
  • 开启交流电源后，立即通过向 TINV_allRelaySet 写入 1 来开启继电器。确保在开启交流电源后立即（在 3-4 秒内）开启继电器。
  • 将 TINV_idRef_pu 设置为 –0.013pu。
  • 若要启动 PFC 模式，请在 TINV_startPowerStage 变量中输入“1”，现在应该会以正弦信号（带有一些谐波，因为处于低功率）从电网汲取电流，并会在 vBus 上看到升压操作。如图 3-23 所示，输出电压将从 75V 升至 180V 左右。
  • 随着负载的增加，电流变为正弦信号。这验证了 PFC 会在 30VRMS 下启动。
  • 图 3-23 展示了 PFC 闭合电流环路在 30VRMS 下启动。示波器信号：通道 1 - 交流电压（蓝色），通道 2 - 直流电压（浅绿色），通道 3 - 交流电流（深绿色）。
    GUID-20210408-CA0I-8SQL-FNPD-WFDCQ2V8FBHC-low.png图 3-23 PFC 电流环路在 30VRMS 下启动
  • 现在重复前面的步骤以验证电流环路在 220VRMS 下的启动。

    在 220VRMS 下，将 TINV_idRef_pu 设置为 –0.013pu，总线电压在 155W 功率下从 550V 跃升至 640V，如图 3-24 所示。

  • 图 3-24 展示了 PFC 闭合电流环路在 220VRMS 下启动。示波器信号：通道 1 - 交流电压（蓝色），通道 2 - 直流电压（浅绿色），通道 3 - 交流电流（深绿色）。
    GUID-20210408-CA0I-XDNV-XZLJ-XFTCDXNZLVH6-low.png图 3-24 PFC 电流环路在 220VRMS 下启动
  • 如图 3-24 所示，在无监控电压环路的情况下以较高的输入电压运行本实验会导致直流端子上出现较大的过压。因此，如前所述，出于安全原因，始终建议在低电压和低功率下启动本实验，然后缓慢斜升至所需电压以进行闭合电流环路调整。实验 7 展示了从 230VRMS 交流输入电压开始以及直接将直流电压升至 800V 的情况。
  • 如果观察到任何会导致 PWM 关闭的过流跳闸情况，请参阅实验 5 中的注释来调试这种情况。
  • 在启动时实施软启动方案，确保在启动时降低过流。为此，通过调整死区设置将占空比限制在 PWM 模块。图 3-25 展示了此设置中的 PWM 配置，其中死区设置为较大值并缓慢减小至标称值以限制电流尖峰。
    GUID-20210222-CA0I-RMXS-0PBF-TRBJTLJWS6MH-low.gif图 3-25 死区软启动 PWM 配置
  • 图 3-26 所示为在启动时实施的无死区启动方案的效果。如果没有软启动，就会出现巨大的电流尖峰，导致过流跳闸，直流母线电压也会崩溃。图 3-26 所示为未实施软启动的过流情况。通道 1 - 交流电压（蓝色），通道 2 - 交流电流（浅绿色），通道 3 - 直流电压（深绿色）。
    GUID-20210408-CA0I-WNDX-WLNK-240VCTB9D1RX-low.png图 3-26 未实施软启动

    图 3-27 所示为通过实施软启动减少的电流尖峰。通道 1 - 交流电压（蓝色），通道 2 - 交流电流（浅绿色），通道 3 - 直流电压（深绿色）。

    GUID-20210408-CA0I-MDJW-VJZ5-90NHPR8XPHV9-low.png图 3-27 涉及自适应死区的软启动
  • SFRA 集成在本实验的软件中，通过在硬件上进行测量来验证所设计的补偿器是否能够提供足够的增益裕量和相位裕度。若要运行 SFRA，请使工程保持在运行状态，然后在 cfg 页面中点击 SFRA 图标。SFRA GUI 弹出。
  • 在 SFRA GUI 上选择器件的相应选项。例如，对于 F28377D，选择“Floating Point”（浮点）。点击 Setup Connection（设置连接）。在弹出窗口中取消选中“boot on connect”选项，然后选择合适的 COM 端口。点击 OK。返回到 SFRA GUI，然后点击 Connect。
  • SFRA GUI 连接到器件中。现在可以通过点击“Start Sweep”（启动扫描）来启动 SFRA 扫描。完成完整的 SFRA 扫描需要几分钟的时间。可以通过查看 SFRA GUI 上的进度条以及检查控制卡背面用于指示 UART 活动的蓝色 LED 的闪烁情况来监视活动。完成之后，立即显示一个包含开环图的图，如图 3-28 和图 3-29 所示，这两个图分别对应于 SFRA GUI 测量的受控体响应和环路响应。这证明设计的补偿器确实是稳定的。
    GUID-20210408-CA0I-XRKQ-K840-9GW3HS27WPSV-low.png图 3-28 PFC 对于电流环路的 SFRA 受控体响应
    GUID-20210408-CA0I-MVD2-XPMZ-MJKBFPWK9WDV-low.png图 3-29 PFC 对于电流环路的 SFRA 环路响应
  • 频率响应数据也保存在工程文件夹的 SFRA 数据文件夹下，并根据 SFRA 运行的时间添加时间戳。
  • 这样就完成了对实验 6 的验证。