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

2.3.1.5 损耗估算

任何逆变器效率损失的主要原因都将是开关器件中产生的损耗。对于每个器件，这些损耗分为三类：

  • 导通损耗：当器件开启并正常导通时产生
  • 开关损耗：当器件在状态之间切换时产生
  • 二极管导通损耗：与导通时的压降和电流有关

每一种损耗都由其自身的公式决定，并可根据器件数据表以及已设置的设计参数确定。

导通损耗由 FET 的导通时间、开关电流和导通电阻进行驱动：

方程式 24. GUID-D9345007-D76B-4A6F-9D22-8B12D457891F-low.gif

其中

  • Vce 为导通压降
  • Ic 为传导电流
  • DQ 为占空比
  • T 表示一个调制周期

开关损耗由器件的开关能量和选定测试点的开关电压决定。使用设计的外部栅极电阻器的电阻值确定器件数据表中的开关能量值。所需的其余值是在设计阶段的早期确定的。

方程式 25. GUID-F6792F3C-6626-4934-B420-2D37C818D51B-low.gif

图 2-32 针对 C3M0060065D SiC MOSFET 展示了用于从器件数据表中提取开关能量值的图形示例。

GUID-DD4FEE40-A2E4-45FB-8D65-D229015AF0FE-low.svg图 2-32 C3M0060065D 的开关能量与开关电流之间的关系

以类似的方式使用已知值计算二极管导通损耗：

方程式 26. GUID-7A3B6408-AE24-484A-A11A-D51DD5F657CE-low.gif

其中

  • Vf 为电压降
  • If 为二极管电流
  • DD 为占空比
  • T 表示一个调制周期

使用上述三个公式，可针对两个 SiC MOSFET 计算出该设计的预期损耗，如表 2-1 所示。

表 2-1 开关器件的预期损耗
参数C3M0075120D (Q1)C3M0060065D (Q3)
导通损耗5.76W4.5W
开关损耗1.8W1.13W
二极管损耗0W0W
总计7.56W5.63W

总系统损耗估算的最后一部分是电感器损耗。这些损耗是使用电感器直流和交流电阻值以及节 2.3.1.3中的预期电感器电流确定的。

方程式 27. GUID-1BBFE5E6-038D-4070-AB53-A0F3F69FF197-low.gif
方程式 28. GUID-9EE03A5E-699E-4A15-84E2-7574245FF38F-low.gif

然后，此设计的总主要能量损耗为：

方程式 29. GUID-81FD8385-79C3-48DA-A291-F52B66C95030-low.gif
方程式 30. GUID-C24DFDA8-B377-4A49-9BF9-5EB1A60A8ECC-low.gif

使用方程式 30 来确定总的预期逆变器效率。请注意，这是一个估算值，但到目前为止可以使用该估算值来验证设计。

方程式 31. GUID-C7F7AC39-BBB9-420B-80CF-FB62E460E20E-low.gif
方程式 32. GUID-25602919-61ED-4BFA-B349-EE5E3554567D-low.gif