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

2.3.6.1 电流环路设计

对于图 2-45 所示的逆变器滤波器，使用 KCL 和 KVL 可以编写出方程式 49。

GUID-20210222-CA0I-H5V4-NXNS-TPQJNLWK0TZ1-low.gif图 2-45 逆变器模型
方程式 35. GUID-20210223-CA0I-ZHDM-Q6QD-W9P7NRPM4D4V-low.gif

重新排列后，方程式 49 可以改写为方程式 36：

方程式 50. GUID-20210223-CA0I-BC8X-TVSF-TZK0XV1DRFH7-low.gif

同样，在另一个节点上，使用 KCL 和 KVL，方程式 37 可以写为方程式 37：

方程式 37. GUID-20210223-CA0I-321L-GWRS-G0FTVSWRRPRD-low.gif

假设 Rf 可以忽略不计，则可针对电容器电压编写出方程式 38：

方程式 38. GUID-20210223-CA0I-NDZ5-Q97K-CSV7WRRWWRGS-low.gif

通常设计的是同步坐标系控制，其中使用的 dq 以电网频率速度旋转坐标系并使 d 轴与电网电压矢量对齐。使用基本的三角恒等式，id 和 iq 可以写成方程式 39 和方程式 40。

方程式 39. GUID-20210223-CA0I-PBJ8-P3Z9-FN7TJX7ZQ94L-low.gif
方程式 40. GUID-20210223-CA0I-CXS8-VZGB-6DMSMT5SGN6Q-low.gif

取导数，并使用偏导数定理，可以写出方程式 41：

方程式 41. GUID-20210223-CA0I-KCFW-M9LD-KPLHQS1PDXTQ-low.gifGUID-20210223-CA0I-JN8J-WWRV-KZ4DGF80BNKJ-low.gif

可以写出以下状态公式：

方程式 42. GUID-20210223-CA0I-SMFX-FBSW-PXDFMHQNG9L1-low.gif
方程式 43. GUID-20210223-CA0I-SGVM-QJX9-DP1VVX6QHG0C-low.gif

因此，使用这些公式，并代入方程式 44：

方程式 44. GUID-20210223-CA0I-691P-VTTP-FMFHRVWL9KTL-low.gif

对前面的公式取拉普拉斯函数：

方程式 45. GUID-20210223-CA0I-DLGM-CTHX-2R89ZLFG6XG3-low.gif

以控制图格式编写时，如下所示。添加前馈元件能够消除模型中的额外干扰和误差源，添加了两个前馈元件：

  1. 针对来自同步坐标系中另一个轴的耦合项
  2. 针对输出电网电压

绘制的图如图 2-46 所示。

GUID-20210222-CA0I-QTRV-FLGM-1QKDDR2GLMJL-low.gif

其中：

  • i*i_d 为电流基准
  • Ki_gain 为电流检测标量，是 1/最大电流检测值
  • Ki_fltr 为在电流检测路径上连接的滤波器，是 1/最大电流检测值
  • Kvbus_gain 为总线的电压检测标量，是 1/最大电压检测值
  • Kvg_gain 为电网电压的电压检测标量，是 1/最大电压检测值
图 2-46 Id 电流环路模型
GUID-20210222-CA0I-ML1W-3LBX-LBDKJ3V69BZ8-low.gif图 2-47 Iq 电流环路模型

使用前馈元件，小信号模型可以写成方程式 46（注意：由于检测范围的差异，总线电压和电网电压应用了不同的比例因子）：

方程式 46. GUID-20210223-CA0I-K2SL-Z0XD-FPLJ55KFSDPH-low.gif

在使用 LCL 滤波器的情况下，如方程式 47 所示，可将以下内容视为简化模型：

方程式 47. GUID-20210223-CA0I-TKKT-RTSV-HKVZVDFBQDGM-low.gif

将电流环路受控体与电流环路的 SFRA 测量数据进行比较，如图 2-48 所示。

GUID-20210223-CA0I-FDZZ-RWV0-ZSGDH4T87B0L-low.png图 2-48 电流环路受控体频率响应建模值与测量值

方程式 48 表示的是为闭环运行设计的补偿器：

方程式 48. GUID-20210223-CA0I-BT1C-6T85-XVTV0N6ZWZRK-low.gif

使用它可实现图 2-49 中的开环图，从而在 Id 和 Iq 环路中提供约 >1kHz 的带宽。

GUID-20210223-CA0I-HCGM-TMCW-LDVQ3TKJ0ZDQ-low.png图 2-49 电流环路开环响应建模值与测量值