微控制器 (MCU)

C2000 实时控制 MCU – 太阳能和数字电源

C2000™ MCU 可满足数控电力电子转换器在高效率、更小外形尺寸和适应性方面日益增长的需求。

工具和设计

借助我们的 EVM 和特定于应用的 TI 设计,加快电源控制应用的开发进程。

软件

TI 软件解决方案提供了基本构建块、实施方案示例和专门的电源设计工具集。

培训

了解有关数字电源控制、特定应用和开发工具的更多信息或查看特定于器件的说明。

为何使用数字电源?

数字电源管理和控制功能可提供实时情报,有助于开发可自动适应环境并提高效率和性能的自适应高频开关电源。这种自动调整能力允许输入电压、输出负载电流和系统温度发生变化,通过动态电压调节功能和先进控制技术实现节能和卓越系统性能。

电动汽车充电

系统效率更高

感知线路和负载变化,智能地调节功率级运行情况以实时优化效率

系统级集成

通过集成的控制硬件,可使用更少、更小但可执行更多复杂功能的器件

低成本 & 部件数量更少

器件需要更少的组件,降低了系统成本

简单易用 & 开发时间缩短

解决方案简单方便,可加快开发进程

业界种类繁多的产品系列

用于高性能 PFC、交流/直流和隔离式直流/直流电源的可编程和固定功能控制器

电源拓扑灵活性

无论拓扑使用高分辨率相位控制、周期控制还是占空比控制,都可实现精确的波形控制

系统级可靠性、监控功能和安全性

通过对配电进行监控,为大功率系统提供强大的保护 

更高的功率密度/更快的控制环路

凭借高速处理能力、反馈和高分辨率 PWM 控制功能,实现更快的工作频率和更小的组件

电源系统的数字与模拟控制

使用集成电路与分立式模拟组件对电源控制拓扑进行管理(请参阅图示)。 

“数字”一词用于表示所有外部信号都从其原生模拟状态转换为数字状态,以便系统中的主控制器可以对其进行操作。

 

基本电源拓扑 

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交流/直流(整流器)

在电信、电动汽车充电器和工业电源等多种应用中,能源均来自电网。通常情况下会使用具有功率因数校正 (PFC) 功能的交流/直流整流器。该 PFC 转换器可以是单相或三相转换器,具体取决于所需的输出功率级别。一些实现交流/直流整流器的典型方法如下表所示:

单相图腾柱 CCM PFC
单相图腾柱 CCM PFC
单相图腾柱 CrM PFC
单相图腾柱 CrM PFC
单相 PFC
单相 PFC
三相 PFC Vienna 整流器
三相 PFC Vienna 整流器

交流/直流拓扑

拓扑
参考设计
终端设备
主要产品
单相图腾柱 CCM PFC 交错式 CCM 图腾柱无桥功率因数校正 (PFC) 参考设计 工业电源 TMS320F280049 
车载充电器 (OBC)
单相图腾柱 CrM PFC 基于 GaN 的高效率 1.6kW 高密度 1MHz CrM 图腾柱 PFC 转换器参考设计 电信 & 服务器电源
工业电源
车载充电器 (OBC)
单相 PFC

具有集成功率计量功能的两相交错式功率因数校正套件

电信 & 服务器电源

TMS320F28035

 

工业电源
车载充电器 (OBC)
三相 PFC Vienna 整流器 基于 Vienna 整流器且采用 C2000™ MCU 的三相功率因数校正参考设计 充电桩

TMS320F28377D

TMS320F280049

 

工业电源
图腾柱 PFC  效率为 98.6% 的 6.6kW 图腾柱 PFC 参考设计  车载充电器 (OBC) TMS320F280049

直流/直流(转换器)

无论是采用交流/直流整流器还是现有的直流总线,都经常需要对直流电压进行电平转换以匹配系统中的组件,并出于安全原因进行隔离。 因此,引入可最大限度提高效率的拓扑选项(如交错式 LLC)或者切相或谷底开关等技术非常重要。一些典型的直流/直流拓扑如下所示:

交错式 LLC
交错式 LLC
相移全桥
相移全桥
双向直流/直流
双向直流/直流

直流/直流拓扑

拓扑
参考设计
终端设备
主要产品
交错式 LLC 使用 C2000™ MCU 的两相交错式 LLC 谐振转换器参考设计

电信 & 服务器电源

充电桩

车载充电器 (OBC)

工业电源

TMS320F28379D
相移全桥 具有自适应零电压开关 (ZVS) 功能的 600W PSFB

电信 & 服务器电源

充电桩

车载充电器 (OBC)

工业电源

TMS320F28027
双向直流/直流 双向 400V-12V 直流/直流转换器参考设计

车载充电器 (OBC)

工业电源

TMS320F28035

直流/交流(逆变器)

最终的基本拓扑涉及将直流总线转换到交流域(根据输出功率要求,同样是单相或三相交流总线)。 如果输出接回到主交流电网,那么相位匹配对于有效集成到网络至关重要。 

单相并网逆变器
单相并网逆变器
单相电压源逆变器
单相电压源逆变器
太阳能微型逆变器
太阳能微型逆变器

特色 C2000 数字电源终端设备

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太阳能发电

太阳能发电系统集成了多种电源转换拓扑,旨在提升光伏直流电压,并将电能储存起来或将电压转换为交流电,以供直接使用或输送至电网。C2000 MCU 平台提供从低成本微型逆变器到高性能并网逆变器等一系列器件和解决方案。 

C2000 太阳能图

电动汽车

C2000 MCU 可为 EV 板载电池充电器提供高级技术并赋予 EV 直流/直流转换器与拓扑结构无关的精密波形控制功能。

通过构建可监测电池电源转换的平台来最大限度地降低能量损耗,同时将电源转换效率提升几个百分点。

  • 面向 EV 电池充电器的三相整流器的 DSP 性能
  • 适用于隔离式电流检测的集成 Σ-Δ 转换器
  • 可以并行驱动多个拓扑结构的协处理器(CLA - 控制律加速器)
  • 三角函数数学单元 - 在 2-3 个周期内执行正弦、余弦、反正切和除法运算
电动汽车特性

无线电源传输

无线电源传输

用于无线传输电源的电感和谐振技术正变得越来越常用。这些技术不仅用于个人电子产品的充电,还用于远程设备(如音频扬声器和其他消费类电子产品)的直接供电,或者非静态应用(如无人机和机器人、小型任务导向型车辆以及全电动乘用车)的自主电池充电。 

在无线电力传输中使用 C2000 的优势

  • 直流/直流和半桥/全桥控制拓扑示例
  • powerSUITE 软件工具和数字电源软件库
  • 非常灵活的 PWM 生成、高级集成模拟和高性能处理能力

数字电源软件

电源工程师在设计基于 C2000 实时控制 MCU 的数控电源时,powerSUITE 可帮助他们大幅缩短开发时间。

开发包

用于数字电源技术、EVM 和 TI 设计的库、驱动程序、系统示例和 powerSUITE 工具。最新的 C2000 系列由 DigitalPower SDK 提供支持,而旧版由 controlSUITE 提供支持。

器件特性

过流和过压保护

大多数电源拓扑中会出现意想不到的故障;关键在于 MCU 如何处理这些故障? 大多数 C2000 MCU 都具有集成的比较器,可直接连接到 PWM 模块,从而在发生过流/欠流或过压/欠压事件时将输出状态更改为安全/已知状态。 

使用内置的模拟比较器(具有独立的基准电压),C2000 MCU 可以独立于系统任务以异步方式使任何或所有 PWM 发生跳变。 内置硬件让用户能够定义在过流/欠流或过压/欠压事件结束之前将 PWM 关闭(从而使系统进入安全状态)的持续时间。

过流和过压保护功能图

高效率开关

对于任何数字电源系统而言,最重要的是能够以精确而灵活的方式控制功率 FET。 内置特性(如步长低至 150ps 并可通过软件编程的高分辨率 PWM)支持多种设置,可满足各种系统需求。 借助多达 4 个不同的比较模块可以生成多种 PWM 方案。  

高效开关图

谷底开关

特定于开关模式的电源希望在 MOSFET 漏源极端子间的电压达到谷点时接通 MOSFET。 这被称为“谷底开关”,是一种在低负载下保持高效率的重要技术,非常适合某些特定类型的电源转换器应用。 此要求通常具有挑战性,因为它需要外部电路来检测谷点,然后实施变频控制。 采用新型 4 类 PWM 技术的 C2000 MCU 拥有专用的片上硬件,可支持谷底开关 PWM 控制。

谷底开关 PWM 控制图

特色参考设计

具有 PFC 功能的三相 Vienna 整流器(交流/直流)

高功率三相功率因数(交流/直流)应用(例如非车载电动汽车 (EV) 充电器和电信整流器)通常使用 Vienna 整流器电源拓扑。

两相交错式 LLC(谐振)转换器

谐振转换器是常用的直流/直流转换器,通常用于服务器、电信、汽车、工业和其他电源应用。

具有并网功能的高电压逆变器(直流/交流)

此参考设计使用 C2000™ F2837xD 微控制器来实现单相逆变器(直流/交流)控制。

单相图腾柱 PFC(交流/直流)

交错式连续导通模式 (CCM) 图腾柱 (TTPL) 无桥功率因数校正 (PFC) 拓扑采用高带隙 GaN 器件,是极具吸引力的电源拓扑。