ZHCUBR5A October   2022  – February 2024

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1 CLLLC 系统说明
    1. 1.1 主要系统规格
  8. 2 CLLLC 系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项和系统设计原理
      1. 2.2.1 谐振回路设计
        1. 2.2.1.1 电压增益
        2. 2.2.1.2 变压器增益比设计 (NCLLLC)
        3. 2.2.1.3 磁化电感选择 (Lm)
        4. 2.2.1.4 谐振电感器和电容器选择（Lrp 和 Crp）
      2. 2.2.2 电流和电压检测
        1. 2.2.2.1 VPRIM 电压检测
        2. 2.2.2.2 VSEC 电压检测
        3. 2.2.2.3 ISEC 电流检测
        4. 2.2.2.4 ISEC 谐振回路和 IPRIM 谐振回路
        5. 2.2.2.5 IPRIM 电流检测
        6. 2.2.2.6 保护（CMPSS 和 X-Bar）
      3. 2.2.3 PWM 调制
  9. 3 图腾柱 PFC 系统说明
    1. 3.1 图腾柱无桥 PFC 的优势
    2. 3.2 图腾柱无桥 PFC 运行
    3. 3.3 主要系统规格
    4. 3.4 系统概述
      1. 3.4.1 方框图
    5. 3.5 系统设计原理
      1. 3.5.1 PWM
      2. 3.5.2 电流环路模型
      3. 3.5.3 直流母线调节环路
      4. 3.5.4 过零附近的软启动可消除或减少电流尖峰
      5. 3.5.5 电流计算
      6. 3.5.6 电感器计算
      7. 3.5.7 输出电容器计算
      8. 3.5.8 电流和电压感应
  10. 4 重点产品
    1. 4.1 C2000 MCU TMS320F28003x
    2. 4.2 LMG352xR30-Q1
    3. 4.3 UCC21222-Q1
    4. 4.4 AMC3330-Q1
    5. 4.5 AMC3302-Q1
  11. 5 硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 5.1 所需的硬件和软件
      1. 5.1.1 硬件设置
        1. 5.1.1.1 控制卡设置
      2. 5.1.2 软件
        1. 5.1.2.1 在 Code Composer Studio 中打开工程
        2. 5.1.2.2 工程结构
    2. 5.2 测试和结果
      1. 5.2.1 测试设置（初始）
      2. 5.2.2 CLLLC 测试程序
        1. 5.2.2.1 实验 1.初级到次级功率流，开环检查 PWM 驱动器
        2. 5.2.2.2 实验 2.初级到次级功率流，开环检查 PWM 驱动器和 ADC，具有保护功能，次级连接阻性负载
          1. 5.2.2.2.1 设置实验 2 的软件选项
          2. 5.2.2.2.2 生成和加载工程以及设置调试环境
          3. 5.2.2.2.3 使用实时仿真
          4. 5.2.2.2.4 运行代码
          5. 5.2.2.2.5 测量电压环路的 SFRA 装置
          6. 5.2.2.2.6 验证有源同步整流
          7. 5.2.2.2.7 测量电流环路的 SFRA 装置
        3. 5.2.2.3 实验 3.初级到次级功率流，闭合电压环路检查，次级连接阻性负载
          1. 5.2.2.3.1 设置实验 3 的软件选项
          2. 5.2.2.3.2 生成和加载工程以及设置调试环境
          3. 5.2.2.3.3 运行代码
          4. 5.2.2.3.4 测量闭合电压环路的 SFRA
        4. 5.2.2.4 实验 4.初级到次级功率流，闭合电流环路检查，次级连接阻性负载
          1. 5.2.2.4.1 设置实验 4 的软件选项
          2. 5.2.2.4.2 生成和加载项目以及设置调试
          3. 5.2.2.4.3 运行代码
          4. 5.2.2.4.4 测量闭合电流环路的 SFRA
        5. 5.2.2.5 实验 5.初级到次级功率流，闭合电流环路检查，次级连接与电压源并联的阻性负载，以模拟次级侧的电池连接
          1. 5.2.2.5.1 设置实验 5 的软件选项
          2. 5.2.2.5.2 设计电流环路补偿器
          3. 5.2.2.5.3 生成和加载项目以及设置调试
          4. 5.2.2.5.4 运行代码
          5. 5.2.2.5.5 在电池仿真模式下测量闭合电流环路的 SFRA
      3. 5.2.3 TTPLPFC 测试程序
        1. 5.2.3.1 实验 1：开环，直流
          1. 5.2.3.1.1 设置 BUILD 1 的软件选项
          2. 5.2.3.1.2 构建和加载工程
          3. 5.2.3.1.3 设置调试环境窗口
          4. 5.2.3.1.4 使用实时仿真
          5. 5.2.3.1.5 运行代码
        2. 5.2.3.2 实验 2：闭合电流环路，直流
          1. 5.2.3.2.1 设置 BUILD 2 的软件选项
          2. 5.2.3.2.2 设计电流环路补偿器
          3. 5.2.3.2.3 构建和加载工程以及设置调试
          4. 5.2.3.2.4 运行代码
        3. 5.2.3.3 实验 3：闭合电流环路，交流
          1. 5.2.3.3.1 设置实验 3 的软件选项
          2. 5.2.3.3.2 构建和加载工程以及设置调试
          3. 5.2.3.3.3 运行代码
        4. 5.2.3.4 实验 4：闭合电压和电流环路
          1. 5.2.3.4.1 设置 BUILD 4 的软件选项
          2. 5.2.3.4.2 构建和加载工程以及设置调试
          3. 5.2.3.4.3 运行代码
      4. 5.2.4 测试结果
        1. 5.2.4.1 效率
        2. 5.2.4.2 系统性能
        3. 5.2.4.3 波特图
        4. 5.2.4.4 效率和调节数据
        5. 5.2.4.5 散热数据
        6. 5.2.4.6 PFC 波形
        7. 5.2.4.7 CLLLC 波形
  12. 6 设计文件
    1. 6.1 原理图
    2. 6.2 物料清单
    3. 6.3 Altium 工程
    4. 6.4 Gerber 文件
  13. 7 软件文件
  14. 8 相关文档
    1. 8.1 商标
  15. 9 术语
  16. 10作者简介
  17. 11修订历史记录

5.1.1 硬件设置

该设计遵循高速边缘卡 (HSEC) 控制卡理念，而且可能会用到从 C2000 MCU 产品系列中提供 HSEC 控制卡的任何器件。表 5-1 中列出了微控制器上用于控制功率级的重要资源。图 5-1 展示了参考设计上的主要功率级和连接器。表 5-3 列出了主要连接器及其功能。

  1. 确保没有电源连接到电路板。
  2. 在 J25 插槽中插入控制卡。
  3. 在 J15 上连接 12V 辅助电源（+12V，2A）的电源（但不要上电），如图 5-1 所示。
  4. 现在，开启辅助电源的电源。控制卡上的绿色 LED 将亮起。这表明 C2000 MCU 器件已通电。注意：微控制器的偏置与功率级是分离的；这样就能够按照这组指令安全地启动系统。
  5. 要连接 JTAG，请使用 USB 电缆连接控制卡和主机。
  6. 为了使 TTPLPFC 级正常运行，交流输入必须连接到 J33 (90V - 264V)。为了进行测试，使用了功率大于 10kW 的电源，但在仅进行低功率测试的情况下，可以使用干净、稳定且额定值较低的电源。
  7. 为了使 PFC 级独立运行，可以将负载连接到 J37 和 J38，也可以使用 CLLLC 来加载 PFC 级。
  8. 为了使 CLLLC 级独立运行，可以将直流电源 (400V) 连接到 J15 处的 VBUS。如果执行该操作，则不应在软件中启动 TTPLPFC，并且不应连接上面的第 6 步中介绍的交流电源。
  9. 使用时，应将负载连接到 CLLLC 转换器的次级侧。可以使用 J7 和 J10 连接此类负载。
  10. 在操作 PFC 和直流/直流级时，如上面的第 6 步所示连接一个交流电源，并如上面的第 9 步所示连接一个负载。不需要连接 VBUS，但电流泄放电阻器可能有助于确保在执行 OBC 后快速释放过高的电压。
  11. 可以连接电流和电压探针来观察初级和次级的谐振回路电流。或者，也可以连接功率计来测量效率。
GUID-20220928-SS0I-XVQ1-DG5R-SX6K6JDLCJRM-low.png图 5-1 电路板概述

需要 7 个辅助电源子卡（以红色显示）

GUID-20220928-SS0I-ZTT2-RJX1-FKBCK1TH93DD-low.png图 5-2 PMP22712 - 辅助电源

需要一个反馈隔离子卡 PMP22773（以红色表示）

GUID-20220928-SS0I-QPXT-KVSG-GNMFTDDM7BQB-low.png图 5-3 PMP22773 – 反馈隔离子卡
表 5-1 关键数字引脚分配
信号名称 HSEC 引脚编号 F28003x 外设
SYSTEM ISR Trigger - ECAP1
CLLLC_CONTROL_OUTPUT_DAC_PIN 14 DACA
CLLLC_PRIM_LEG1_H/L 49/51 EPWM1 (A/B)
CLLLC_PRIM_LEG2_H/L 53/55 EPWM2 (A/B)
CLLLC_SEC_LEG1_H/L 50/52 EPWM3 (A/B)
CLLLC_SEC_LEG2_H/L 54/56 EPWM4 (A/B)
CLLLC_FAULTn 74 GPIO-23 → INPUTXBAR2
CLLLC_LC_CHANGE 62 GPIO-14
CLLLC_SEC_SIDE_DIAG 80 GPIO-30
TTPLPFC_LOW_FREQ_H/L 57/59 EPWM5 (A/B)
TTPLPFC_HIGH_FREQ_PH1_H/L 61/63 EPWM6 (A/B)
TTPLPFC_HIGH_FREQ_PH2_H/L 58/60 EPWM7 (A/B)
TTPLPFC_FAULTn 72 GPIO-22 → INPUTXBAR1
TTPLPFC_INRUSH_RELAY_CTRL 64 GPIO-15
ERRORSTSn 102 GPIO55

SYSTEM_WATCHDOG_OUT

SYSTEM_WATCHDOG_DISABLE

SYSTEM_PMIC_SPI（保留）

SYSTEM_PMIC_SPI（保留）

75

77

79

81

GPIO24

GPIO25（电阻器选项）

GPIO26（电阻器选项）

GPIO27（电阻器选项）
SYSTEM_DISABLE_FET_SUPPLY 85 GPIO32

SYSTEM_TEMP_MUX_OUT1

SYSTEM_TEMP_MUX_OUT2

91

96

GPIO41 -> ECAP2 → INPUTXBAR3

GPIO60 -> ECAP3 → INPUTXBAR4
SYSTEM_TEMP_MUX_SEL_1-3

93

94

95

GPIO47

GPIO58

GPIO59

SYSTEM_PROFILING1-3

89

92

101

GPIO40

GPIO44

GPIO49

FSI_TX_D0

FSI_TX_D1

FSI_TX_CLK

101

103

105

GPIO-49/FSITXA_D0

GPIO-50/FSITXA_D1

GPIO-51/FSITXA_CLK

LED1

LED2

82

86

GPIO-31 → LED1

GPIO-34 → LED2 (SFRA)

该表介绍了参考设计的采样方案。顶部的每一列代表一个独立的 ADC。每个 ADC 的工作完全独立于其他 ADC。每个信号被分配一个或多个转换开始 (SOC)。每个 SOC 代表该通道的一次独立读取，例如在 ADCA 内为 TTPLPFC_IAC_PH1 分配了 SOC0 和 SOC1。这意味着该信号在每个周期中会被采样两次，一次由 ePWM6_SOCA 触发，一次由 ePWM6_SOCB 触发。由于该触发器以 120kHz 的频率运行，因此在每个 120kHz 采样周期中会有效地对信号进行两倍过采样。类似地，会对 CLLLC_ISEC 进行 11 倍过采样，不对 CLLLC_IPRIM 进行过采样。该表中还给出了几个低频采样信号，可以看出这些信号使用了不同的 SOC 信号。最后，由于使用循环计数器按数字顺序处理 SOC，因此该表按照采样顺序从上到下读取为时间线。

表 5-2 关键模拟信号
ADC-A ADC-B ADC-C

具有最高优先级的信号

(120kHz)

TTPLPFC_IAC_PH1（A2，CMPSS1）

SOC0 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC1 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

TTPLPFC_IAC_PH2（B12，CMPSS3）

SOC0 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC1 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

TTPLPFC_VAC (C7)

SOC0 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC1 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

CLLLC_ISEC（A5，CMPSS2）

SOC2 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC3 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC4 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC5 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC6 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC7 →ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC8 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

SOC9 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

SOC10 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

SOC11 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

SOC12 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

TTPLPFC_VBUS/CLLLC_VBUS (B4)

SOC2 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC3 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCB

SOC4 → ADC_TRIGGER_EPWM7_SOCA

SOC5 → ADC_TRIGGER_EPWM7_SOCB

CLLLC_VSEC（C11，CMPSS2）

SOC2 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC3 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC4 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC5 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC6 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC7 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC8 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC9 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC10 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC11 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

SOC12 → ADC_TRIGGER_EPWM6_SOCA

CLLLC_IPRIM（A9，CMPSS2）

SOC13 → ADC_TRIGGER_EPWM1_SOCA

低频采样信号

(10kHz)

TTPLPFC_VAC_L (A4)

SOC14 → ADC_TRIGGER_CPU1_TINT2

TTPLPFC_VAC_N (B2)

SOC10 → ADC_TRIGGER_CPU1_TINT2

TTPLPFC_VBUS2（C10，CMPSS2）

SOC14 → ADC_TRIGGER_CPU1_TINT2

SYSTEM_TEMP_1 (A11)

SOC15 → ADC_TRIGGER_CPU1_TINT2

SYSTEM_VREF_1_65 (B5)

SOC11 → ADC_TRIGGER_CPU1_TINT2

CLLLC_VSEC（C11，CMPSS2）

VSEC13 → SOC15 → ADC_TRIGGER_CPU1_TINT2
未采样，仅限 CMPSS CLLLC_IPRIM_TANK（A12/C5，CMPSS2） CLLLC_ISEC_TANK（C1，CMPSS4）
表 5-3 主要连接器及其功能
连接器名称 功能
J33 交流输入
J37/J38 VBUS 连接；PFC 输出、直流/直流 VPRIM
J7/J10 直流/直流输出连接；直流/直流 VSEC
J15 12V 2A 电源
J25/J26 HSEC 控制卡连接器槽