该参考设计包含以下元素：

• 一块 TIDA-01606 电源板

以下列表显示了用于控制 MCU 上的功率级的重要资源：

• 三块 TIDA-01606 栅极驱动器卡
• 一块 TIDA-01606 ISOHVCARD
• 一块 TMDSCNCD263 controlCARD
• Mini USB 电缆
• 用于将软件加载到 AM263x MCU 的计算机

对本设计进行供电和评估需要以下测试设备列表：

• 用作电路板初级电源的 15V、4A 台式电源

对于 PFC 模式：

• 支持 400V L-L 的三相交流电源
  • 要连接到直流输出端的 10kW 电阻负载

对于逆变器模式：

• 10kW 星形连接式电阻负载网络
• 用于直流链路输入的 800V、12A 电源
• 四通道功率分析仪
• 带有电流和高压探头的示波器

表 2-1 列出了 MCU 上用于控制功率级的重要资源：

由于 TIDA-01606 电源板最初是使用 C2000™ MCU 产品系列为 controlCARD 打造的，因此电源板需要进行一些微小更改才能适应 AM263x controlCARD：

1. 用跳线短接 HSEC 连接器引脚 88 和 94，为继电器 B 提供输出。
2. R196 已从 TIDA-01606 板上移除，因为 R196 连接到 HSEC 板的引脚 32，该引脚路由到 AM263 的 GND。

图 2-1 TIDA-01606 中的 R196

需要对 TMDSCNCD263 controlCARD 进行细微更改，以控制电源硬件。所需的第一项更改允许访问 HSEC 板的引脚 92 (GPIO 134)，需要该引脚才能连接到逆变器板的继电器 N 引脚。

图 2-2 用于 HSEC 引脚 92 配置的 I2C2 IO 扩展器

图 2-3 用于 HSEC 引脚 92 配置的 I2C 多路复用器和多路信号分离器

拆下 R258 电阻器并使用相同值的电阻器 (10kΩ) 填充 R257。或者，使用 I2C2 实例将 I2C0_MUX_SEL 引脚设置为高电平以访问 HSEC_EQEP2_A 引脚。图 2-5 提供了 SysConfig 设置，图后紧跟的是该设置的示例 C 代码。

GPIO 134 配置为 I2C FS 开漏电压缓冲器，因此需要一个外部上拉电阻器来实现高电平有效信号。

图 2-4 AM263x controlCARD 中的 I2C0 MUX SEL

图 2-5 IO 扩展器的 I2C SysConfig 配置

以下代码块演示了如何将 I2C0 MUX SEL 设置为高电平。

    I2C_Transaction i2cTransaction;
    uint8_t buffer[2U];
    int32_t status = SystemP_SUCCESS;

    I2C_Transaction_init(&i2cTransaction);
    i2cTransaction.writeBuf     = buffer;
    i2cTransaction.writeCount   = 2U;
    i2cTransaction.slaveAddress = 0x20;

    buffer[0] = 0x03U;
    buffer[1] = (0x01 << 1);
    status += I2C_transfer(I2C_getHandle(CONFIG_I2C2), &i2cTransaction);

    buffer[0] = 0x07U;
    buffer[1] = ~(0x01 << 1);
    status += I2C_transfer(I2C_getHandle(CONFIG_I2C2), &i2cTransaction);

需要进行另一项更改才能访问 HSEC 板的引脚 90 (GPIO 86)，以便连接继电器 C。拆下 R139 电阻器并使用相同值的电阻器 (0E) 填充 R146。

图 2-6 L18 连接到 EPW21_B

该设计的软件可在 MCU+ Academy 内获取。若要打开工程：

1. 如有必要，请按照 AM263x MCU+ SDK 入门指南中的说明安装 Code Composer Studio™ (CCS) 版本 12 或更高版本。
2. 支持的最低 SysConfig 版本为 1.14.0 或更高版本。
3. 本演示支持的最低 MCU_PLUS_SDK 版本为 mcu_plus_sdk_am263x_08_05_00_24。
   • 如果演示不支持最新的 MCU SDK，请在 E2E™ 论坛上报告。
4. 如有必要，每个软件包的安装步骤将作为 SDK 和工具设置的一部分提供。
5. 从 Resource Explorer 中的 AM26x 设计库下载 AM263x 的串式逆变器演示。
6. 打开 CCS 并创建一个新的工作区。
7. 在 CCS 中，转到 Project → Import CCS Project。导航到固件的位置，然后点击“import project”。
8. 要使用 CCS 启动工程，请将 EVM 设置为 NOBOOT 模式。按照入门指南的“EVM 设置”部分中所述的步骤设置 EVM。
   图 3-1 无引导模式
9. 要将逆变器演示代码加载到 EVM 中并运行这些代码，请按照入门指南 中加载和运行示例 部分所述的步骤操作。

工程流程包含使用 AM263x SysConfig 工具和 MCU_PLUS_SDK_AM263x 对片上系统 (SOC) 的所有外设时钟和子模块进行初始化的过程。节 3.2讨论了如何初始化该设计中使用的外设 IP，如 EPWM、ADC、CMPSS、GPIO、SDFM 等。

此软件包含 2 个 ISR 和 1 个后台任务。图 3-2 中介绍了代码流程。ISR1 计划每 20μs 运行一次，ISR2 计划每 1ms 运行一次。ISR1包含节 3.3.1中所述的主控制环路。ISR2 包含辅助控制功能，如计算用于后台监视的相电流和电压的 RMS 值，节 3.3.3对此进行了说明。

图 3-2 软件方框图

该工程有两个版本的 ADC 检测数据，具体取决于 controlCARD 的版本（E1 和 E2）。如果正在使用的电路板是 controlCARD 的 E1 版本，则启用宏 AM263x_CC_E1。或者，如果正在使用的电路板是 controlCARD 的 E2 版本，则启用宏 AM263x_CC_E2。这些宏设置在 Source/Includes 文件夹中的 tinv_user_settings.h 文件中定义。根据使用的电路板版本选择 .syscfg 文件，并从构建中排除另一个文件：对于 E1 controlCARD，此文件为 tinv_AM263x_E1.syscfg；对于 E2 controlCARD，此文件为 tinv_AM263x_E2.syscfg。

后台任务分为四个部分 – A1、B1、B2 和 B3。每次所连接的计时器溢出时，即延迟为由 RTI 计时器控制的 1ms，都会执行 A1。之前在 C2000 架构中使用 A1 来运行 SFRA 环路，目前 A1 保持开路，因为不支持 SFRA。

B1、B2 和 B3 通过带有 RTI 计时器的 1ms 延迟控制器依次执行。节 3.2.3对此配置进行了说明。B2 任务通过捕获 ISR 上的 GPIO 高波形和低波形，使用 ECAP 计算 ISR1 和 ISR2 的 CPU 负载时间和平均 CPU 负载时间。B3 任务监视连接到 TIDA-01606 的风扇和继电器控制。B1 任务更新系统的故障状态。通过将宏 TINV_PROTECTION 设置为 TINV_PROTECTION_ENABLED，可启用此设置。默认情况下，实验 1 禁用此步骤，而其他实验则启用此步骤。有关这方面的更多信息，请参阅节 3.4。

以下库取自 C2000 Digital Power SDK 工具套件，并集成了逆变器演示工程。

• Transforms 库：此库用于执行 Clarke 和 Park 变换函数。三相交流波形具有三种不同的量，因此很难控制输出波形并在全部三个波形之间实现同步。因此，必须将波形转换为直流域，以应用与控制增益相关的计算。
  • ABC 至 DQ → Clarke + Park 变换。这会将三相量转换为旋转坐标系中的直流量，以实现正序列和负序列。
  • DQ 至 ABC → 逆向 Park + 逆向 Clarke 变换。这会将旋转坐标系中的直流量转换为时域中的三相量。这两种变换完全通过软件计算实现。
• Rampgen 库：此库提供一组可生成所需频率的斜坡信号的函数。在逆变器运行模式下，需要使用基准斜坡信号来计算 50Hz 正弦波输出所需的 PLL 角度。
  图 3-3 Rampgen 模型
• SPLL – 软件锁相环 (PLL)：这款基于软件的 PLL 代码基于三相电网连接的同步坐标系。首先，检测并记录三个相电压 A、B 和 C。然后将这些电压转换为直流分量 D 和 Q。要确保三相系统是同步的；Q 值必须接近零。SPLL 使用该设定点生成下一个 θ，以提供有效输出。适用于三相并网应用并采用 C2000™ 微控制器的软件锁相环设计 应用手册中对这些信息进行了深入介绍。
  图 3-4 控制 ISR 中的 SPLL 使用流程
• PIC 控制器库：本演示使用比例积分控制环路 (PI) 来维持输出电流。用户为系统选择基准电流值。无论输入如何，PI 控制器都必须在系统中保持该电流。可根据 Ia、Ib 和 Ic 计算 Id 和 Iq 值。现在将生成的 Id 与基准 Id 进行比较，并计算出误差。接下来，确定 PWM 的脉冲宽度，从而调节输出电流。图 3-5 显示了电流控制环路的方框图。10kW 双向三相三级（T 型）逆变器和 PFC 参考设计 设计指南的控制设计部分介绍了 PIC 控制器的计算。

其中：

• i*_{i_d} = 电流基准
• K_{i_gain} = 电流检测标量，是最大电流检测值的倒数
• K_{i_fltr} 是在电流检测路径上连接的滤波器。电流检测标量，是最大电流检测值的倒数
• K_{vbus_gain} = 总线的电压检测标量，是最大电压检测值的倒数
• K_{vg_gain} = 电网电压的电压检测标量，是最大电压检测值的倒数

图 3-5 I_d 电流环路模型

图 3-6 显示了项目的总体结构。导入工程之后，CCS 内将显示 Project Explorer。

特定于设计并且独立于器件的文件位于 Source 文件夹中，其中含有核心算法代码。与数字电源应用相关的库和控制算法位于 libraries 文件夹中。特定于电路板和特定于驱动程序的更改在 SysConfig 中配置，此代码由 Release/SysCfg 文件夹中的 SysConfig 自动生成。main.c 文件包含工程的主要框架。该文件包括对电路板和文件的调用（有助于构建系统框架），以及中断服务例程 (ISR) 和慢速后台任务。图 3-6 介绍了详细的文件夹结构。

图 3-6 演示的文件夹结构

所有变量和函数调用都以 TINV 名称开头（例如，TINV_vSecSensed_pu）。这种命名规则让用户能够将不同的设计组合在一起，同时避免命名冲突。

AM263x controlCARD 有两个已发布版本：E1 和 E2。ADC 至 CMPSS 的映射中的版本有所不同。根据使用的电路板版本选择 .syscfg 文件，并从构建中排除另一个文件。

tinv_AM263x_E1.syscfg 或 tinv_Am263x_E2.syscfg 用于配置串式逆变器演示中的所有模块。要运行控制环路，需要使用 ADC、SDFM 和 EPWM 模块。对于电路板保护相关的应用，需要 CMPSS 配置。

最后，要将这些模块从一个元件链接到另一个元件，需要配置一些 XBAR。下一节将单独介绍这些模块中的每一个。

PWM 是逆变器软件配置的核心部分之一。AM263x 的 PWM 模块继承了 TI 经典 C28 控制器的特性。总共需要 12 个 PWM 通道来控制逆变器输出。

创建了六个 EPWM 实例，用于控制逆变器的三个臂：TINV_Q1_Q3_A_PWM_BASE、TINV_Q2_Q4_A_PWM_BASE、TINV_Q1_Q3_B_PWM_BASE、TINV_Q2_Q4_B_PWM_BASE、TINV_Q1_Q3_C_PWM_BASE、TINV_Q2_Q4_C_PWM_BASE。EPWM 外设时钟以 200MHz 的频率运行。在向上/向下计数模式下，每个 EPWM 都配置为 50kHz 频率。

从方程式 1 可以看出，当高速时钟和时基时钟分频器为 1 时，每个 EPWM 时基周期为 2000。本节仅介绍了 TINV_Q1_Q3_A_PWM_BASE 的初始化。不过，对于其他 5 个 PWM 实例，也需要重复相同的初始化过程。图 3-7 显示了 TINV_Q1_Q3_A_PWM_BASE 的完整时基配置。

图 3-7 EPWM 时基子模块配置

通过修改计数器比较 A，可在 ISR 中每 20μs 改变一次每个 EPWM 的脉冲宽度。放置在 CMPA 寄存器中的值是通过 PLL 环路计算的，更多相关信息将在以后的章节中讨论。目前，CMPA 初始化为 0。

图 3-8 EPWM 计数器比较子模块配置

EPWM 脉冲配置为变为高电平和低电平，具体取决于计数器达到 CMPA 值时的事件。如果计数器在递增计数时达到 CMPA，EPWM 脉冲变为低电平。类似地，如果计数器在递减计数时达到 CMPA 值，EPWM 将设置为高电平。这样就可以为高 CMPA 值提供较高的占空比，并为低 CMPA 值提供较低的占空比。

图 3-9 较高的 CMPA 值会产生高占空比

图 3-10 CMPA 值可改变 EPWM0 波形的占空比

图 3-11 EPWM 动作限定符子模块配置

这些动作会在发生下一个 CTR = 0 事件时加载到所有 EPWM 中。当动作限定符设置中的 CTR = 0 时，这是“影子到活动”加载选项。将加载模式选为全局模式，以确保同时加载到所有 PWM。有关“影子到活动”加载的详细信息，请参阅 AM263x Sitara™ 微控制器技术参考手册的 AQCTLA 和 AQCTLB 影子模式操作 一节。

EPWMB 通过死区进行配置，上升沿和下降沿延迟为 20（20 × 5 = 100ns 延迟）。

图 3-12 EPWM 死区子模块配置

用于过流和过压保护的数字比较和跳闸区 EPWM 模块在文档的 CMPSS 部分中进行了配置。

在递增计数时，ISR1 由 TINV_Q1_Q3_A_PWM 的计数器 = CMPC 事件触发。对于 CMPC = 100 事件，它是在 EPWM 的事件触发器子模块中进行配置，如图 3-13 所示。因此，ISR1 每 20μs 触发一次。

图 3-13 EPWM 事件触发器子模块配置

这些设置可根据设计要求进行调整。AM263 中共有 32 个不同的中断 XBAR。此 EPWM 事件将路由到中断 XBAR0。稍后会构建中断，并将 ISR 例程添加到同一 XBAR0 中。

图 3-14 EPWM1 中断的 INT XBAR 配置

ISR2 计时器用于实现以下功能：

• 计算检测到的电流和电压的 RMS 值，然后计算功率的 RMS 值。
• 根据计算出的 I_d、I_q、V_d 和 V_q 值计算有功功率和无功功率
• 使用 ADC 检测和计算所有通道的温度。

使用 RTI 计时器中断每 1ms 触发一次此 ISR2。图 3-15 显示了使用名为 ISR2 的计时器回调例程配置计时器中断所需的 SysConfig 选项。

图 3-15 ISR2 的计时器配置

同样，对于 TASK_A 和 TASK_B 操作，为 TASK_A_TIMER 和 TASK_B_TIMER 配置了 1ms 的时钟周期。这些任务监测用于电路板保护的过流事件并计算 ISR1 和 ISR2 的负载平均值。

在全部三个相位 A、B 和 C 中配置三个 SDFM 通道进行电流检测，如图 3-16 所示。

图 3-16 SDFM 配置

此演示中使用 ADC 来检测电网侧、逆变器侧、总线侧等的所有电压、电流和温度。如果使用 ADC 而不是 SDFM，则需总共配置 11 个 ADC 以及 3 个用于电流检测的可选 ADC。表 3-1 汇总了 ADC SysConfig 设置。使用 Inv 定义在电路的逆变器侧检测到的信号，并使用 Grid 定义在电路的电网侧检测到的信号。逆变器侧和电网侧的电流值相同。

对于 AM263x controlCARD 的 E1 和 E2 版本，ADC HSEC 板引脚排列不同，如表 3-2 中所述。

图 3-17 TIDA-01606 的电网侧和逆变器侧

图 3-18 显示了一个完全配置的 ADC0 实例。

图 3-18 ADC 配置

查看“ADC 和 DAC 接口”一节中相应的电路板原理图文档，根据应用要求设置 ADC DAC 基准电压开关。

图 3-19 AM263x controlCARD 中的 ADC 和 DAC 基准开关

比较器子系统 (CMPSS) 由模拟比较器和支持电路组成，这些电路用于电压和电流跳闸监控。电流演示使用 ADC 监控 6 个电压单元（电网侧和逆变器侧组合）。因此，配置了 6 个 CMPSS 比较器并将其连接到这些各自的 ADC。每个 CMPSS 都有一个连接到负极端子的基准 DAC。SysConfig 提供了一个数据字段来修改此 DAC 值，从而设置跳闸的阈值电压。表 3-4 介绍了使用的 6 个 CMPSS 模块。由于 E1 和 E2 之间的 ADC 引脚排列不同，因此连接到 HSEC 板的 E1 和 E2 版 controlCARD 的 CMPSS 和 ADC 映射不同。表 3-5 中列出了这种引脚排列的差异。

图 3-20 选择 CMPSS 实例并启用模块

图 3-21 说明了连接到 A 相电网侧电压 (TINV_VGRID_A_ADC_BASE) 的 ADC1_AIN2 的高电平比较器配置。

图 3-21 CMPSS 高电平比较器配置和阈值设置

当超过阈值时，比较器会发出 CTRIPH、CTRIPL 信号（高电平）。该信号需要在 PWM XBAR 系统的帮助下传递到 EPWM 的跳闸区域模块。为高电平比较器或低电平比较器的每个 CTRIP 配置 6 个 PWM XBAR。

图 3-22 EPWM X-BAR 配置

对于高电平比较器事件，当 DCAEVT1 和 DCBEVT1 事件各自的跳闸设置为高电平时，将生成这两个事件。这里，EPWM_XBARx 携带跳闸信号。图 3-23 中显示了同一配置的对应关系。

对于低电平比较器，会生成 DCAEVT2 和 DCBEVT2。但这不会生成一次性跳闸（EVT2 仅适用于 CBC 跳闸）。

图 3-23 EPWM 数字比较子模块配置

生成事件后，将事件链接到一次性跳闸配置。对所有 6 个 PWM 实例重复此数字比较和跳闸区域配置。配置完成后，任何超过指定阈值的相电压或电流都将使系统中的所有 PWM 发生跳变。

图 3-24 EPWM 跳闸区域子模块配置

IC AMC3306 用作检测到的电流的 Σ-Δ 调制器。该 IC 的输出作为 SDFM 模块的输入。此 IC 需要输入时钟信号来创建同步调制输出。根据 IC 数据表，最大输入时钟频率可以为 21MHz。因此，若要生成最多数据样本，应创建周期为 50ns 的 APWM 波形。

当发生 CTR = 0 事件时，APWM 变为高电平。ACMP（APWM 比较）是 PWM 变为低电平时 CTR 的值。ACMP 决定 APWM 的占空比。

图 3-25 ECAP 配置