ZHCU696G September   2019  – October 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 关键系统规格
  8. 2系统概览
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
    3. 2.3 重点产品
      1. 2.3.1  LMG3422R050 - 具有集成驱动器和保护功能的 600V GaN
      2. 2.3.2  TMCS1100 - 精密隔离式电流感测监控器
      3. 2.3.3  UCC27524 - 双路 5A 高速低侧功率 MOSFET 驱动器
      4. 2.3.4  UCC27714 - 620V、1.8A、2.8A 高侧低侧栅极驱动器
      5. 2.3.5  ISO7721 - EMC 性能优异的增强型和基础型双通道高速数字隔离器
      6. 2.3.6  ISO7740 和 ISO7720 - 高速、低功耗、稳健的EMC 数字隔离器
      7. 2.3.7  OPA237 - 单电源运算放大器
      8. 2.3.8  INAx180 - 低侧和高侧电压输出，电流感测放大器
      9. 2.3.9  TPS560430 - SIMPLE SWITCHER 4V 至 36V、600mA 同步降压转换器
      10. 2.3.10 TLV713 - 适用于便携式设备且具有折返电流限制的 150mA 低压差 (LDO) 稳压器
      11. 2.3.11 TMP61 - 用于温度咸测的小型硅基线性热敏电阻
      12. 2.3.12 CSD18510Q5B - 40V、0.96mΩ、N 沟道、单路、SON5x6、NexFET MOSFET
      13. 2.3.13 UCC28911 - 具有恒压恒流和初级侧调节功能的 700V 反激式开关
      14. 2.3.14 SN74LVC1G3157DRYR - 单极双掷模拟开关
    4. 2.4 系统设计原理
      1. 2.4.1 图腾柱 PFC 级设计
        1. 2.4.1.1 PFC 级设计参数
        2. 2.4.1.2 电流计算
        3. 2.4.1.3 PFC 升压电感
        4. 2.4.1.4 输出电容器
        5. 2.4.1.5 快速开关和慢速开关
        6. 2.4.1.6 交流电流感测电路
        7. 2.4.1.7 温度感测
      2. 2.4.2 LLC 级设计参数
        1. 2.4.2.1 确定 LLC 变压器匝数比 N
        2. 2.4.2.2 确定 Mg_min 和 Mg_max
        3. 2.4.2.3 确定谐振网络的等效负载电阻 (Re)
        4. 2.4.2.4 选择 Lm 和 Lr 之比 (Ln) 以及 Qe
        5. 2.4.2.5 确定初级侧电流
        6. 2.4.2.6 确定次级侧电流
        7. 2.4.2.7 初级侧 GaN 和驱动器
        8. 2.4.2.8 次级侧同步 MOSFET
        9. 2.4.2.9 输出电流感测
      3. 2.4.3 初级侧和次级侧之间的通信
  9. 3硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 3.1 所需的硬件和软件
      1. 3.1.1 硬件
        1. 3.1.1.1 测试条件
        2. 3.1.1.2 电路板验证所需的测试设备
        3. 3.1.1.3 测试步骤
          1. 3.1.1.3.1 系统测试：双级
          2. 3.1.1.3.2 PFC 级测试
          3. 3.1.1.3.3 LLC 级测试
      2. 3.1.2 PFC 级软件
        1. 3.1.2.1 打开 CCS 内的项目
        2. 3.1.2.2 工程结构
        3. 3.1.2.3 基于 C2000 MCU 使用 CLA 来减轻 CPU 负载
        4. 3.1.2.4 CPU 利用率及内存分配
        5. 3.1.2.5 运行项目
          1. 3.1.2.5.1 实验 1：开环，直流（PFC 模式）
            1. 3.1.2.5.1.1 设置实验 1 的软件选项
            2. 3.1.2.5.1.2 构建和加载项目
            3. 3.1.2.5.1.3 设置调试环境窗口
            4. 3.1.2.5.1.4 使用实时仿真
            5. 3.1.2.5.1.5 运行代码
          2. 3.1.2.5.2 实验 2：闭合电流环路，直流
            1. 3.1.2.5.2.1 设置实验 2 的软件选项
            2. 3.1.2.5.2.2 构建和加载项目以及设置调试
            3. 3.1.2.5.2.3 运行代码
          3. 3.1.2.5.3 实验 3：闭合电流环路，交流 (PFC)
            1. 3.1.2.5.3.1 设置实验 3 的软件选项
            2. 3.1.2.5.3.2 构建和加载项目以及设置调试
            3. 3.1.2.5.3.3 运行代码
          4. 3.1.2.5.4 实验 4：闭合电压和电流环路 (PFC)
            1. 3.1.2.5.4.1 设置实验 4 的软件选项
            2. 3.1.2.5.4.2 构建和加载项目以及设置调试
            3. 3.1.2.5.4.3 运行代码
      3. 3.1.3 LLC 级软件
        1. 3.1.3.1 打开 CCS 内的工程
        2. 3.1.3.2 工程项目
        3. 3.1.3.3 软件流程
        4. 3.1.3.4 CPU 利用率及内存分配
        5. 3.1.3.5 运行项目
          1. 3.1.3.5.1 实验 1：开环控制
            1. 3.1.3.5.1.1 软件设置
            2. 3.1.3.5.1.2 构建和加载项目
            3. 3.1.3.5.1.3 调试环境窗口
            4. 3.1.3.5.1.4 运行代码
          2. 3.1.3.5.2 实验 2：使用 SFRA 的闭环控制
            1. 3.1.3.5.2.1 软件设置
            2. 3.1.3.5.2.2 构建和加载项目
            3. 3.1.3.5.2.3 调试环境窗口
            4. 3.1.3.5.2.4 运行代码
      4. 3.1.4 PFC + LLC 级双测试
        1. 3.1.4.1 硬件设置
        2. 3.1.4.2 系统测试步骤
        3. 3.1.4.3 TIDA-010062 中的 FSI 软件
      5. 3.1.5 实时固件更新概述
        1. 3.1.5.1 实时固件更新说明
        2. 3.1.5.2 软件结构
        3. 3.1.5.3 LLC 级软件上的 LFU
          1. 3.1.5.3.1 在 CCS 内打开工程
        4. 3.1.5.4 使用 CCS 将自定义引导加载程序和应用程序加载到闪存
        5. 3.1.5.5 在 CLA 上运行控制环路的 LFU 演示和测试结果
    2. 3.2 测试和结果
      1. 3.2.1 性能、数据和曲线
        1. 3.2.1.1 PFC 级的效率、iTHD 和 PF
        2. 3.2.1.2 LLC 级的效率
        3. 3.2.1.3 整个系统的效率
      2. 3.2.2 函数波形
        1. 3.2.2.1 启动
        2. 3.2.2.2 霍尔传感器
        3. 3.2.2.3 PFC 工作波形
        4. 3.2.2.4 LLC 工作波形
  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 功率级专用指南
      2. 4.3.2 栅极驱动器专用指南
      3. 4.3.3 布局图
    4. 4.4 Altium 项目
    5. 4.5 Gerber文件
    6. 4.6 装配图
  11. 5软件文件
  12. 6相关文档
    1. 6.1 商标
  13. 7关于作者
  14. 8修订历史记录
  15.   132

2.1 方框图

GUID-950B6F9B-0A44-4ED7-8C63-A1FC3A486FA7-low.svg图 2-1 TIDA-010062 方框图

图 2-1 展示了该设计的简要方框图。在此设计中，两个 TMS320F280039、TMS320F280049 或 TMS320F280025 C2000™Piccolo™ 控制卡分别用于 PFC 级和 LLC 级的控制器，一个 LMG3410 GaN 子卡用于图腾柱半桥开关。由 UCC27714 半桥驱动器驱动且基于硅 MOSFET 的同步整流器降低了输入端上的低频半桥的功率损耗。LMG3422 GaN FET 同步整流器由 ISO7721 隔离器驱动，用于 LLC 半桥开关。输入电流由霍尔效应传感器 (TMCS1100) 检测，直流链路电压由使用 OPA237 放大器构建的可变增益放大器级处理，从而在低电流电平下实现更高的精度。输出电流由 INA180 电流检测放大器检测。快速串行接口 (FSI) 由四通道数字隔离器 ISO7742 感测，以在主控制卡和辅助控制卡之间进行通信。采用 UCC28911 实现板载辅助电源，且为初级侧提供 12V 的偏置电压，为次级侧提供 6V 的偏置电压。初级侧和次级侧均使用 TPS560430，以便在控制卡和控制电路中实现稳定的 Vcc。