ZHCUBL8 December   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 具有直流/直流转换器的 PV 或电池输入
    2. 1.2 隔离和 CLLLC 转换器
    3. 1.3 直流/交流转换器
    4. 1.4 关键系统规格
  8. 2系统设计原理
    1. 2.1 升压转换器设计
    2. 2.2 MPPT 操作
    3. 2.3 CLLLC 转换器设计
      1. 2.3.1 实现零电压开关 (ZVS)
      2. 2.3.2 谐振回路设计
    4. 2.4 直流/交流转换器设计
  9. 3系统概述
    1. 3.1 方框图
    2. 3.2 设计注意事项
      1. 3.2.1 直流/直流转换器
        1. 3.2.1.1 输入电流和电压检测和 MPPT
        2. 3.2.1.2 浪涌电流限制
      2. 3.2.2 CLLLC 转换器
        1. 3.2.2.1 低压侧
        2. 3.2.2.2 高压侧
      3. 3.2.3 直流/交流转换器
        1. 3.2.3.1 有源元件选择
          1. 3.2.3.1.1 高频 FET：GaN FET
          2. 3.2.3.1.2 隔离式电源
          3. 3.2.3.1.3 低频 FET
        2. 3.2.3.2 无源元件选择
          1. 3.2.3.2.1 升压电感器选择
          2. 3.2.3.2.2 Cx 电容选择
          3. 3.2.3.2.3 EMI 滤波器设计
          4. 3.2.3.2.4 直流链路输出电容
        3. 3.2.3.3 电压和电流测量
    3. 3.3 重点产品
      1. 3.3.1  TMDSCNCD280039C - TMS320F280039C 评估模块 C2000™ MCU controlCARD™
      2. 3.3.2  LMG3522R050 - 具有集成驱动器的 650V 50mΩ GaN FET
      3. 3.3.3  LMG2100R044 - 100V、35A GaN 半桥功率级
      4. 3.3.4  TMCS1123 - 精密霍尔效应电流传感器
      5. 3.3.5  AMC1302 - 具有 ±50mV 输入电压的增强型隔离式精密放大器
      6. 3.3.6  AMC3330 - 具有集成式直流/直流转换器的 ±1V 输入、增强型隔离式精密放大器
      7. 3.3.7  AMC1311 - 高阻抗 2V 输入增强型隔离式放大器
      8. 3.3.8  ISO6741 - EMC 性能优异的通用增强型四通道数字隔离器
      9. 3.3.9  UCC21540 - 增强型隔离式双通道栅极驱动器
      10. 3.3.10 LM5164 - 具有超低 IQ 的 100V 输入、1A 同步直流/直流降压转换器
  10. 4硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 4.1 硬件要求
    2. 4.2 测试设置
      1. 4.2.1 直流/直流电路板
      2. 4.2.2 直流/交流电路板
    3. 4.3 测试结果
      1. 4.3.1 输入直流/直流升压结果
      2. 4.3.2 CLLLC 结果
      3. 4.3.3 直流/交流结果
  11. 5设计和文档支持
    1. 5.1 设计文件
      1. 5.1.1 原理图
      2. 5.1.2 BOM
    2. 5.2 工具与软件
    3. 5.3 文档支持
    4. 5.4 支持资源
    5. 5.5 商标
  12. 6作者简介

3.2.2 CLLLC 转换器

对于此 CLLLC 转换器，使用了匝数比为 4:11、漏电感为 140nH 的变压器。高压侧具有采用半桥配置的开关级，并带有电压倍增器。所有开关都基于低压侧和高压侧的 GaN 技术。

为了实现 ZVS，推导出有效寄生电容来计算所需的磁化电感。需要考虑两侧（高压侧和低压侧）的寄生电容。

使用节 2.3.1中的方程式计算寄生等效电容：

方程式 16. C s ' = 2 × 0.26   n F × 11 4 2 = 3.9   n F
方程式 17. C E Q = 4 × 0.501   n F + 3.9   n F =   5.9   n F

根据方程式 5，100ns 死区时间的最大 LM 为 8.5μH。在本设计中，选择 LM = 6μH（Bourns 145449，D6735)。

需要进行额外的能量检查来提供 ZVS。计算得出的电感中储存的能量需要高于 COSS 中储存的能量。

方程式 18. I M P E A K = 75 4 × 6 μ 高电平 + 0.14 μ H × 500 k H z = 6.1 A
方程式 19. 6 μ 高电平 + 0.14 μ H × ( 6.1 A ) 2 2   ≥   5.9 n F × 75 2 2
方程式 20. 114   μ J   ≥   16.6   μ J

请注意，最大磁化电感受压摆率要求而不是能量要求的限制。

如果以谐振频率运行，这是一个提供单位增益的固定频率转换器。在此设计中，变压器的泄漏电感为 140nH。选择 660nF 的谐振电容。可使用方程式 9 计算串联谐振频率。

谐振回路产生的谐振频率为 523.6kHz，非常接近期望值 500kHz。为了避免寄生效应，转换器应以略低于谐振频率的频率运行。

图 3-6 显示了设计好的 CLLLC 转换器从低压侧至高压侧传输电源的波形。低压开关节点上的振铃是由初级侧和次级侧之间的寄生电流引起。为了减少这种振铃，应增加谐振电感器的值。

GUID-20231129-SS0I-V4TT-VLMR-GPJ8RN41JKPF-low.png
C1 - 低压侧电流，C2 - 高压侧 SW 节点电压，C3 - 高压侧电流，C4 - 低压侧 SW 节点电压
图 3-6 CLLLC 转换器波形