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

2.3.1.3 电感器设计

由于滤波器是影响光伏逆变器尺寸和重量的主要因素之一，因此请确保各个元件的尺寸正确。如节 2.3.1.2所示，SiC MOSFET 引起的系统开关速度的增加已经使得逆变器电感值比正常值小得多。

在方程式 49 中，开关频率位于分母中。在其他条件相同的情况下，开关频率的增加会形成反比关系。查看针对给定电感器电感的简化公式可以知道，电感与电感器横截面积乘以匝数之间存在正相关关系。两者都对元件的大小有直接影响。

方程式 13. GUID-B410A391-8AF8-4E68-8235-7DF7C564713C-low.gif

其中

  • µ 为磁芯磁导率
  • N 为匝数
  • A 为横截面积
  • l 为平均磁路长度

方程式 13 中变量求解的第一步是确定有效的磁芯材料和相应磁导率。磁芯制造商通常有一系列合适的材料以及基于设计电感和电感器电流的选择标准。对于本设计，标称电感器电流（过载系数为 105%）定义为：

方程式 14. GUID-2EE51A1A-59B2-49EE-9367-4A0169AE2BFF-low.gif
方程式 15. GUID-079213DC-CD8D-4DBD-B5AD-08D11E2DBE89-low.gif

根据环形电感器磁芯制造商的选择指南，电感为 347µH 时，磁芯磁导率为 26µH。磁芯还提供电感系数 AL 的值，从而能够快速选择匝数。

方程式 16. GUID-951BFE34-4E3A-4EEE-9800-7E45FE0377A3-low.gif
方程式 17. GUID-4A71B165-62BC-4489-8AF2-56BDA53E6747-low.gif

电感器设计所需的最后一项信息是绕组线尺寸。根据标称电感器电流额定值可轻松计算出该尺寸。采用载流密度为 4A/mm 的铜，该电感器需要的横截面积为：

方程式 18. GUID-2C676A44-B86B-4820-9E48-42B03479DBAB-low.gif

该面积相当于横截面积为 3.309mm2 的美国线规 #12。这种轻微的降额是可接受的，因为与静态直流偏置电流相比，开关电流允许使用更小的线规值。对于该电感器，采用了扁平绕组来增加冷却表面积并减少潜在的趋肤深度效应。

根据磁芯的整体设计，使用扁平的 12 AWG 绕组，可确定每个绕组的总长度为 64.87mm。此时，可根据 Pouillet 定律计算出电感器的直流电阻：

方程式 19. GUID-AC64E007-2E85-4FB7-B6EA-42E7E2F75896-low.gif
方程式 20. GUID-88CC5432-B4D1-487A-AA7F-15E7D755C465-low.gif

若要确定交流电阻，首先计算逆变器开关频率下的趋肤深度：

方程式 21. GUID-ECAF6DEF-0626-4886-AB6A-AEE70CF6852E-low.gif
方程式 22. GUID-9B8C6F7F-3AE8-4554-B147-D724C0885BD0-low.gif

然后，RAC 由 RDC、Sd 和 Ss 确定，这是等效的方形导体宽度。

方程式 23. GUID-74B07036-C6BD-4875-B4C2-545438299C74-low.gif

这样确定 RAC 有助于确定总系统损耗。