ZHCU677C June   2019  – July 2022

 

  1.   说明
  2.   资源
  3.   特性
  4.   应用
  5.   5
  6. 1系统说明
    1. 1.1 关键系统规格
  7. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 重点产品
      1. 2.2.1  UCC21530
      2. 2.2.2  AMC1311
      3. 2.2.3  AMC3302
      4. 2.2.4  AMC3306M05
      5. 2.2.5  LM76003
      6. 2.2.6  LMZ31707
      7. 2.2.7  OPA320
      8. 2.2.8  ISO7721
      9. 2.2.9  SN6501
      10. 2.2.10 SN6505B
      11. 2.2.11 TMP235
      12. 2.2.12 LMT87
      13. 2.2.13 TL431
      14. 2.2.14 LMV762
      15. 2.2.15 TMS320F280049 C2000 MCU
      16. 2.2.16 TMDSCNCD280049C
    3. 2.3 系统设计原理
      1. 2.3.1 具有电源系统的双有源电桥模拟
      2. 2.3.2 双有源电桥 - 开关序列
      3. 2.3.3 双有源电桥 - 零电压开关 (ZVS)
      4. 2.3.4 双有源电桥 - 设计注意事项
        1. 2.3.4.1 漏电感器
        2. 2.3.4.2 电感对电流的影响
        3. 2.3.4.3 移相
        4. 2.3.4.4 电容器选型
        5. 2.3.4.5 软开关范围
        6. 2.3.4.6 开关频率
        7. 2.3.4.7 变压器选型
        8. 2.3.4.8 SiC MOSFET 选型
      5. 2.3.5 损耗分析
        1. 2.3.5.1 设计方程式
        2. 2.3.5.2 SiC MOSFET 和二极管损耗
        3. 2.3.5.3 变压器损耗
        4. 2.3.5.4 电感器损耗
        5. 2.3.5.5 栅极驱动器损耗
        6. 2.3.5.6 效率
        7. 2.3.5.7 散热注意事项
  8. 3电路说明
    1. 3.1 功率级
    2. 3.2 直流电压检测
      1. 3.2.1 初级侧直流电压检测
      2. 3.2.2 次级侧直流电压检测
    3. 3.3 电流检测
    4. 3.4 功率结构
      1. 3.4.1 辅助电源
      2. 3.4.2 检测电路的隔离式电源
    5. 3.5 栅极驱动器
      1. 3.5.1 栅极驱动器电路
      2. 3.5.2 栅极驱动器偏置电源
      3. 3.5.3 栅极驱动器分立式电路 - 短路检测和两级关断
  9. 4硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 4.1 所需的硬件和软件
      1. 4.1.1 硬件
      2. 4.1.2 软件
        1. 4.1.2.1 软件入门
        2. 4.1.2.2 引脚配置
        3. 4.1.2.3 PWM 配置
        4. 4.1.2.4 高分辨率相移配置
        5. 4.1.2.5 ADC 配置
        6. 4.1.2.6 ISR 结构
    2. 4.2 测试设置
    3. 4.3 PowerSUITE GUI
    4. 4.4 实验
      1. 4.4.1 实验 1
      2. 4.4.2 实验 2
      3. 4.4.3 实验 3
      4. 4.4.4 实验 4
      5. 4.4.5 实验 5
    5. 4.5 测试结果
      1. 4.5.1 开环性能
      2. 4.5.2 闭环性能
  10. 5设计文件
    1. 5.1 原理图
    2. 5.2 物料清单
    3. 5.3 PCB 布局建议
      1. 5.3.1 布局图
    4. 5.4 Altium 项目
    5. 5.5 Gerber 文件
    6. 5.6 装配图
  11. 6相关文档
    1. 6.1 商标
  12. 7术语
  13. 8作者简介
  14. 9修订历史记录

4.4.2 实验 2

在实验 2 的构建中，电路板会以开环方式和指定的频率 (100kHz) 和相移接受激励。相移可以通过“Watch”（观察）窗口更改。相移由 DAB_pwmPhaseShiftPrimSec_pu 变量控制。该构建验证了功率级反馈值的检测、PWM 栅极驱动器的运行和硬件保护功能，并确保没有硬件问题。此外，还校准了构建中的输入和输出电压检测。

  • 实验 2 的测试设置

    此参考设计的硬件由以下电路板组成：

    • 一块 TIDA-010054 电源板
    • 四张 TIDA-010054 栅极驱动器卡
    • 两张 TIDA-01606 ISOHV 检测卡
    • 一张 TMDSCNCD280049C 控制卡
    • Mini USB 电缆
    • 笔记本电脑
  • 对 DUT 供电和进行评估需要以下测试设备：
    • 能够在所需电流下提供 700V–800V 之间的电压的 10kW 直流电源
    • 10kW 电阻负载组
    • 功率分析仪
    • 双通道 +15V、4A 辅助工作台电源
    • 示波器
    • 隔离式电压探针和电流探针
    GUID-20210823-SS0I-RCQQ-G22Z-QDD7R0MG9GPH-low.gif图 4-20 实验 2 测试设置
    实验 2 的软件设置

    在构建过程中，在“settings.h”文件中设置了以下定义，可以从 PowerSUITE GUI 的“Project Options”（项目选项）下拉菜单中选择 实验 2: Open Loop PWM with Protection （具有保护的开环）来定义该设置。

    GUID-20210818-SS0I-SM9Q-631Z-R2PZ9Z0SJH69-low.png图 4-21 实验 2 软件设置
    1. 通过点击 CCS 中的绿色运行按钮，运行工程
    2. 通过在脚本控制台中加载 javascript“setupdebugenv_lab2.js”，在“Watch”（观察）窗口中填充所需的变量。
      GUID-20210818-SS0I-P2N3-MZJQ-GTV2NZZS14CJ-low.png图 4-22 实验 2 观察视图配置
    3. 通过将“1”写入 DAB_clearTrip 变量，启用 PWM
    4. 在观察视图中，检查 DAB_vPrimSensed_Volts、DAB_iPrimSensed_Amps、DAB_vSecSensed_Volts 和 DAB_iSecSensed_Amps 变量是否定期更新
      注： 由于此时未通电，因此这些值接近于零。
    5. 现在，缓慢地将 VPRIM 直流输入电压从 0V 增加至 800V。确保 DAB_vPrimSensed_Volts 显示正确的值。
    6. 默认情况下，DAB_pwmPhaseShiftPrimSec_pu 变量设置为 0.032。以 0.002pu 的步长缓慢地改变此相移，并观察转换器输出的电压变化。必须注意勿将相移增加到太高，因为这会导致输出电压超过输入电压，并导致在施加最大电压时出现 MOSFET 击穿

      .

  • 测量电压环路的 SFRA 装置
    1. SFRA 集成在 C2000Ware-DigitalPower-SDK 套件中，用于测量装置响应，然后可以用于设计补偿器。通过点击 SFRA 图标，运行 SFRA。SFRA GUI 随即打开。
    2. 在 SFRA GUI 上选择用于器件的选项；例如，对于 F280049，请选择浮点。点击 Setup Connection （设置连接）按钮。在弹出窗口中，取消选中“boot-on-connect”（启动连接）选项，然后选择合适的 COM 端口。选择 OK 按钮。返回到 SFRA GUI，然后点击 Connect （连接）按钮。
    3. SFRA GUI 连接到器件中。现在可以通过点击 Start Sweep （开始扫描）按钮启动 SFRA 扫描。完成完整的 SFRA 扫描需要几分钟的时间。监控 SFRA GUI 上进度条中的活动或检查控制卡蓝色 LED 的闪烁情况以指示 UART 活动。
      GUID-20210818-SS0I-JWNZ-FB3S-LZRT9QGZFJKR-low.png
      测试条件：VIN = 600V，VOUT = 425V，IIN = 4.72A，相移 = 0.056，SFRA 振幅 = 0.002
      图 4-23 实验 2 用于开路电压环路测试的 SFRA 装置图
    4. 频率响应数据 ("SFRA.csv") 保存在 SFRA 数据文件夹下的项目文件夹中，并以 SFRA 运行的时间为时间戳。SFRA 可以在不同的频率设定点下运行以覆盖系统的工作范围。通过补偿设计器使用这些测量图设计补偿器。

      在 ISR1 内，SFRA 注入同相位的微小信号扰动并观察检测到的输出电压变化。dab.h 文件中的以下几行代码用于注入和收集 SFRA 信号。

      GUID-20210818-SS0I-DWJJ-SFXD-MFCLFHX9DX7S-low.png图 4-24 实验 2 用于 SFRA 信号注入的代码
  • 测量电流环路的 SFRA 装置
    1. 按照电压环路中的相同步骤，开始进行电流环路的 SFRA 测量。
    2. 在 SFRA 选项卡下的 PowerSUITE GUI 中，在运行 SFRA 电流环路之前选择“current”（电流）。
      GUID-20210818-SS0I-CJZR-SQMR-TNJ995DJGKJZ-low.png图 4-25 实验 2 代码定义 SFRA 电流环路
    3. 在 ISR1 内，SFRA 注入同相位的微小信号扰动并观察检测到的输出电流变化。dab.h 文件中的以下几行代码用于注入和收集 SFRA 信号。
      GUID-20210818-SS0I-NLK3-TBBQ-KMNLG1ZJFRNF-low.png图 4-26 实验 2 用于 SFRA 信号注入的代码
    4. 从 SFRA GUI 测量装置响应。开环响应和装置响应存储在名为“SFRA.csv”的文件中。使用此文件调整电流环路的补偿器。
      GUID-20210818-SS0I-52VM-NV9L-WXMVWBBT0M3B-low.jpg图 4-27 实验 2 用于开路电压环路测试的 SFRA 装置图
      注： 电流由电池（负载）侧的 AMC3301 检测。
  • 保护验证

    可以从 PowerSUITE GUI 修改过流和过压保护的限值。

    #define DAB_ISEC_TRIP_LIMIT ((float32_t) 8.0)
#define DAB_IPRIM_TRIP_LIMIT ((float32_t) 1.5)
#define DAB_IPRIM_TANK_TRIP_LIMIT ((float32_t)35.0)
#define DAB_VSEC_TRIP_LIMIT ((float32_t)500)
    注： 当前硬件中不支持次级槽路电流和初级过压保护。

    将这些限值设为较小的值并调节电源和/或负载以超过阈值，从而验证跳变。

    GUID-20210818-SS0I-4W4D-QZDS-TT26M6JR9R51-low.png
    初级 - 槽路过流保护，设定的限值 = 4A
    图 4-28 实验 2 初级 - 槽路过流保护
    GUID-20210818-SS0I-L30P-3ZRD-09TCWSNRQWCS-low.png
    初级（输入）过流保护，设定的限值 = 1A
    图 4-29 实验 2 初级（输入）过流保护
    GUID-20210818-SS0I-ZQKR-SF8L-LK9BRMXNCHT6-low.png
    次级（电阻负载）过流保护，设定的限值 = 1.5A
    图 4-30 实验 2 次级（电阻负载）过流保护
    GUID-20210818-SS0I-LVVJ-4QQQ-5SZ5BQG2NDZJ-low.png
    DAB_VSEC_TRIP_LIMIT = 75V
    图 4-31 实验 2 次级过压保护
    GUID-20210818-SS0I-CKZB-XJLD-GPDTKFQRMFXL-low.png
    DAB_VSEC_TRIP_LIMIT = 75V（放大图）
    图 4-32 实验 2 次级过压保护（放大图）

    上述波形显示了比较器子系统在故障事件期间关断了 PWM。通过变量“DAB_tripFlag”，可以在“Watch”（观察）窗口（图 4-33）中显示故障类型。通过在下拉菜单中选择“noTrip”可以复位跳闸，而通过将“1”写入 DAB_clearTrip 变量重新启用 PWM。在重新启用 PWM 之前，确保故障条件已清除。

    GUID-20210823-SS0I-JRZV-16X1-TNFJJLXPQXBW-low.png图 4-33 实验 2-14