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

3.2.2.2 实验 3

在本实验中，功率级在实际 HW 或 HIL 平台上以闭环方式运行。图 3-10 展示了软件图。

GUID-20210222-CA0I-3W9R-QGJS-XDWTHBDHC1PL-low.svg图 3-10 实验 3 软件图

通过更改 <settings.h> 文件中的 Lab Number（实验编号）将工程设置为实验 3（使用 powerSUITE 工程时，powerSUITE GUI 将进行此更改）。

在 user settings.h 文件中，有一些附加选项可用，但本用户指南中所述的测试采用以下代码。

#if TINV_LAB == 3
#define TINV_TEST_SETUP TINV_TEST_SETUP_RES_LOAD
#define TINV_PROTECTION TINV_PROTECTION_ENABLED
#define TINV_SFRA_TYPE TINV_SFRA_CURRENT
#define TINV_SFRA_AMPLITUDE (float32_t)TINV_SFRA_INJECTION_AMPLITUDE_LEVEL2
#define TINV_POWERFLOW_MODE TINV_INVERTER_MODE
#define TINV_DC_CHECK 0
#define TINV_SPLL_TYPE TINV_SPLL_DDSRF
#endif

实验 3：

在此检查中，软件在硬件和/或 HIL 平台上运行。

请参阅硬件测试设置部分，了解用于配置该测试的设备的实际详情。此时，请勿向电路板提供任何 HV 电源。

  • 首先启动 main.cfg 并在工程选项中选择 lab3（实验 3）。补偿器样式（PI 补偿器）和调优环路（电流环路）将自动填充。现在点击运行补偿设计器图标，然后补偿设计器工具会以电流环路受控体模型启动，同时 powerSUITE 页面中指定了相应的参数。
  • 用于运行控制环路的电流补偿器系数如以下代码中所示。用户可修改这些系数以满足必要的环路带宽和相位裕度。用于电阻负载的理想系数与用于并网的系数略有不同，因为电网阻抗非常低。补偿器设计传递函数和响应如图 3-11 所示。
    #define TINV_GI_PI_KP ((float32_t)0.3))
#define TINV_GI_PI_KI ((float32_t)0.0120860479))
  • 对比例增益值和积分增益值感到满意后，点击“Save COMP”（保存 COMP）。这会将补偿器值保存到工程中。关闭补偿设计器并返回到 powerSUITE 页面。
  • 构建并加载代码，使用 lab3.js 文件在 CCS 窗口中填充观察变量。
  • 通过向 TINV_allRelaySet 写入 1 来开启继电器。辅助电源汲取的电流应接近 530mA。
  • 首先设置一个大约 200Ω 的适当电阻负载（尽管也可以在空载条件下启动逆变器模式）。
  • 将直流总线电压“Vbus”缓慢斜升至 800V。
  • 设置 TINV_clearPWMTrip = 1，以清除 PWM 跳闸信号。现在开关操作将开始，并且正弦电压开始出现在输出端。此时，辅助电源汲取的电流应接近 570mA。
  • 一旦设置 TINV_clearPWMTrip，就会启用 TINV_closeGiLoop 变量，并且闭合电流环路动作将开始。
  • TINV_idRef_pu 是电流命令参考，默认情况下，它在启动时填充为 0.005pu 的值。缓慢改变此值以提高输出交流电压，并对测量电流跟踪指令值进行观察。
  • 在继续闭合实验 3 中的电流环路之前，验证观察窗口中的 TINV_idRef_pu 和 TINV_iInv_dq0_pos.d 数据是否处于低电平。
  • 在 800V 输入电压下将 id_ref 缓慢增加至 0.36pu，以将输出功率提高至 3.7kW，每相约为 1.25kW。图 3-11 所示为功率分析仪和示波器波形。
  • 图 3-11 所示为在 3.7kW 下以闭合电流环路运行的逆变器捕获到的电压和电流波形。示波器信号：通道 1 - 直流链路电压（蓝色），通道 2 - 交流电压（浅绿色），通道 3 - 交流电流（深绿色）。
GUID-20210408-CA0I-DTD5-9WFC-RD2R3XQ37TJM-low.png图 3-11 逆变器闭环运行
  • SFRA 集成在本实验的软件中，通过在硬件上进行测量来验证所设计的补偿器是否能够提供足够的增益裕量和相位裕度。若要运行 SFRA，请使工程保持在运行状态，然后在 cfg 页面中点击 SFRA 图标。SFRA GUI 将弹出。
  • 在 SFRA GUI 上选择器件的相应选项。例如，对于 F28377D，选择“Floating Point”（浮点）。点击 Setup Connection（设置连接）。在弹出窗口中取消选中"boot on connect“（连接时启动）选项，然后选择相应的 COM 端口。点击 OK（确认）。返回到 SFRA GUI，然后点击 Connect（连接）。
  • SFRA GUI 将连接到器件。现在可以通过点击“Start Sweep”（启动扫描）来启动 SFRA 扫描。完成完整的 SFRA 扫描需要几分钟的时间。可以通过查看 SFRA GUI 上的进度条以及检查控制卡背面用于指示 UART 活动的蓝色 LED 的闪烁情况来监视活动。完成之后，将立即显示一个包含开环图的图，如图 3-12 中所示。这证明所设计的补偿器确实是稳定的。具有上述系数的受控体和开环的 SFRA 分别如图 3-12 和图 3-13 所示。该操作验证了电流补偿器设计。若要使系统安全停止，请将输入直流电压降至零。
  • 上述一组补偿设计器系数是稳健而可靠的。如果电流对指令参考的跟踪性能出现振荡，用户可使用以下这组系数。若要更改系数，必须从电源套件页面重新启动补偿设计器工具。
    #define TINV_GI_PI_KP ((float32_t)0.144))
#define TINV_GI_PI_KI ((float32_t)0.112))
  • 对比例增益值和积分增益值感到满意后，点击 Save COMP（保存 COMP）。这会将补偿器值保存到工程中。
  • 具有一组新系数的逆变器在电流模式下的受控体和开环的 SFRA 响应分别如图 3-12 和图 3-13 所示。
GUID-20210408-CA0I-HVLT-6JWP-RGPR8CDCRNVX-low.png图 3-12 逆变器对于电流环路的 SFRA 受控体响应
GUID-20210408-CA0I-ZCGR-SBTT-9QLJ0K1SRXKG-low.png图 3-13 逆变器对于电流环路的 SFRA 环路响应