ZHCUD04 May   2025

 

  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 术语
    2. 1.2 主要系统规格
  8. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
      1. 2.2.1 输入电容器选型
      2. 2.2.2 直流侧
      3. 2.2.3 交流侧
    3. 2.3 重点产品
      1. 2.3.1 TMDSCNCD28P55X - controlCARD 评估模块
        1. 2.3.1.1 硬件特性
        2. 2.3.1.2 软件功能
      2. 2.3.2 LMG2100R026 - 100V、53A GaN 半桥功率级
      3. 2.3.3 LMG365xR035 - 具有集成式驱动器和保护功能的 650V 35mΩ GaN FET
      4. 2.3.4 TMCS1123 - 具有增强型隔离的精密 250kHz 霍尔效应电流传感器
      5. 2.3.5 TMCS1133 - 具有增强型隔离的精密 1MHz 霍尔效应电流传感器
      6. 2.3.6 INA185 - 26V、350kHz 双向高精度电流检测放大器
      7. 2.3.7 LM5164 – 具有超低 IQ 的 100V 输入、1A 同步直流/直流降压转换器
      8. 2.3.8 ISO6762 – EMC 性能优异的通用六通道增强型数字隔离器
  9. 3系统设计原理
    1. 3.1 光伏逆变器的隔离
    2. 3.2 拓扑概述
    3. 3.3 控制理论
      1. 3.3.1 单相移和扩展相移调制技术
      2. 3.3.2 零电压开关和循环电流
      3. 3.3.3 优化的控制方法
      4. 3.3.4 死区时间补偿
      5. 3.3.5 频率调制
      6. 3.3.6 控制器方框图
    4. 3.4 MPPT 和输入电压纹波
  10. 4硬件、测试要求和测试结果
    1. 4.1 硬件要求
    2. 4.2 测试设置
      1. 4.2.1 电路板检查
      2. 4.2.2 直流-直流测试
      3. 4.2.3 直流-交流测试
    3. 4.3 测试结果
  11. 5设计和文档支持
    1. 5.1 设计文件
      1. 5.1.1 原理图
      2. 5.1.2 BOM
    2. 5.2 工具与软件
    3. 5.3 文档支持
    4. 5.4 支持资源
    5. 5.5 商标
  12. 6作者简介

3.2 拓扑概述

周波转换器是一种将高频交流波形转换成另一种低频交流波形的拓扑。这种方法无需额外使用具有高压直流链路的中间级。这可以提高效率、减小尺寸并节省成本。这种转换器可以通过直流-交流、交流-交流、三相交流-单相直流和其他组合实现。本参考设计着重介绍单相直流-交流运行。图 3-3 显示了方框图。

经过周祥考虑的周波转换器包括：

  • 直流侧的全 H 桥
  • 交流侧的半桥周波转换器
  • 高频变压器
  • 变压器的漏电感或外部电感器。此电感器决定了两个电桥之间的功率传输。

PWM（脉宽调制）应用于所有功率器件。在交流侧，两个电压电平施加到电感器上。在直流侧，施加三个电压电平。通过初级侧和次级侧电压波形之间的相移位来控制功率传输。

TIDA-010954 简化版方框图图 3-3 简化版方框图

图 3-3 显示，在直流侧，周波转换器由传统的全 H 桥组成，用于从直流电压源生成高频矩形交流波形。这种高频交流电压施加到高频变压器上。由于采用全桥结构，直流侧电压有三个电平：+VDC、0 和 –VDC。形成的交流波形乘以变压比后施加到电感器的左侧。

交流侧半桥由两个交流开关（S1 和 S2）组成。每个交流开关均包括由公共源连接的两个单向 GaN 功率级。公共源连接允许交流开关在电网电压为正和为负时都工作。

在交流开关工作期间，一个 GaN 器件作为整流器运行，另一个作为高频开关器件运行。整流器器件在电网电压的半个周期内持续导通。开关功率级的工作频率与直流侧在交流侧的电感器上形成高频电压的频率相同。例如，当交流电压为正时，S1B 和 S2B 用作整流器并在 S1A 和 S2A 开关时持续导通。在电网过零时，功率级交换角色：当交流电压为负时，S1A 和 S2A 持续导通，S1B 和 S2B 不断开关。为避免发生击穿，开关器件设有死区时间。在死区时间期间，两个开关器件都关断。重要的是，在该死区时间期间，整流器件为电感器电流提供路径。

在交流侧，电压会跟随电网并始终变化。逆变器的开关频率明显高于电网频率。这样可将交流侧电压视为每个单独开关周期内的恒定电压。

由于采用半桥结构，交流侧电压会产生两级电压：+VAC/2 和 –VAC/2，其中 VAC 是瞬时电网电压电平。半桥结构还意味着比全桥高 2 倍的 RMS 电流和更高的导通损耗。然而，对于较低功率的转换器，使用半桥拓扑可以降低系统成本。对于大功率设计，全桥结构可以提供显著的效率优势。全桥拓扑具有多种优势，例如更低的 RMS 电流、更高的电压增益和更出色的 EMI。全桥配置的另一个优势是，这种配置能够在交流侧提供三级电压并扩大 ZVS 开关的范围。

周波转换器拓扑可以简化并被视为双有源桥转换器 (DAB)。例如，对于正电网电压，S1B 和 S2B 作为整流开关运行，并且这些开关持续导通。因此，可以不予考虑 S1B 和 S2B；这样，S1A 和 S2A 作为交流侧半桥运行，简化了 DAB 原理图。与常规 DC-DAB 相比，经过考虑的 AC-DAB 具有一些挑战：

  • 电网侧的电压会发生变化且电压不是恒定的
  • 交流侧电压具有非常宽的电压范围，从 0 到 VAC_PEAK
  • 需要在较宽的电压和负载范围内实现 ZVS
  • 峰值瞬时功率是平均功率的两倍
  • 100Hz 的电源纹波需要由直流电解电容器处理
TIDA-010954 电网电压为正时 DAB 中周波转换器的等效电路图 3-4 电网电压为正时 DAB 中周波转换器的等效电路