올바른 컨트롤러 선택

오늘날의 고전압 시스템에서 자기 부품은 전체 전력 변환 단계의 큰 부분을 차지합니다. 자기 부품의 크기를 줄이려면 작동 주파수를 증가시켜야 합니다. 따라서 고전압 시스템의 다양한 고성능 요구 사항을 관리하기 위해서는 전용 디지털 제어가 필요합니다. 이러한 컨트롤러는 실시간으로 작동하여 시스템 매개 변수(예: 전압, 전류, 온도)를 정확하게 측정하고, 출력 명령을 계산하기 위해 제어 알고리즘을 적용하고, 전력 밀도를 개선하는 데 필요한 고주파를 지원해야 합니다. 실시간 제어의 핵심은 감지, 처리 및 제어 기능 사이의 시간을 최소화하는 것입니다. 더 나은 실시간 신호 체인 성능을 통해 더 빠른 과도 응답, 더 안정적이고 정확한 전력 변환과 더 높은 전력 밀도를 구현합니다.

실시간 제어의 한 가지 과제는 사이클링을 제한하는 것으로, 이는 PWM(펄스 폭 변조) 출력이 수학적 솔루션에서 컨트롤 법칙에 물리적으로 수렴하지 못한다는 것을 의미합니다. 이로 인해 PWM 출력이 실제 솔루션 주변에서 진동하여 제어 시스템이 불안정해집니다. TI의 C2000™ 실시간 MCU와 같은 마이크로컨트롤러(MCU)의 고해상도 PWM(HRPWM) 모듈은 PWM 에지를 150ps 증분으로 변조하는 기능을 제공합니다. 이는 시스템 클록 속도(그림 6 참조)를 기반으로 기존 PWM 생성 기법에 비해 6배 향상된 것으로, PWM 에지 배치에서 더 높은 정밀도를 실현할 수 있습니다. 파형의 기간, 보상에 대한 위상 관계, 데드밴드 삽입 시간 등은 모두 이 고해상도 기술을 구현하는 데 도움이 됩니다.

또 다른 실시간 제어 과제는 3레벨 인버터 토폴로지에서 고유한 고장 방지 기능이 필요하다는 것입니다. 2레벨 인버터에서 모든 FET를 동시에 즉시 끄는 대신 3레벨 인버터의 경우 FET 손상을 방지하기 위해 올바른 스위치 끄기 순서를 유지해야 합니다. 과거에 일부 설계자들은 FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 CPLD(Complex Programmable Logic Device) 같은 외부 하드웨어 회로를 사용하여 이러한 보호 수준을 달성했지만 이러한 회로는 시스템 비용 및 개발 노력을 증가시킵니다.

이 문제를 해결하기 위해 C2000 구성 가능한 로직 블록은 소프트웨어를 통해 칩 내에서 사용자 지정 로직을 만드는 메커니즘을 제공하고, 외부 FPGA 또는 CPLD에서 달성한 기능을 대체하고 시스템 비용과 개발 노력을 줄이는 더 단순한 옵션을 제공합니다.

광대역 갭 장치는 효율성과 전력 밀도를 크게 높이는 데 도움이 될 수 있습니다. 절연 게이트 드라이버 및 디지털 컨트롤러와 같은 다른 부품 혁신이 없다면 설계의 효율성 개선을 완전히 실현할 수 없습니다.