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  • 使用 AM263 的 10kW 三相三级（T 型）逆变器

    • ZHCACV2 july   2023

       

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  • 使用 AM263 的 10kW 三相三级（T 型）逆变器
  1.   1
  2.   摘要
  3.   商标
  4. 1引言
  5. 2硬件要求
    1. 2.1 所需的硬件和测试仪器
    2. 2.2 设计中使用的微控制器资源
    3. 2.3 TIDA-01606 REV-6 的硬件更改
    4. 2.4 TMDSCNCD263 controlCARD™ 更改
  6. 3软件
    1. 3.1 固件入门
      1. 3.1.1 打开 Code Composer Studio 工程
      2. 3.1.2 软件架构
      3. 3.1.3 工程文件夹结构
    2. 3.2 SysConfig 设置
      1. 3.2.1  EPWM 配置
      2. 3.2.2  EPWM 事件触发中断
      3. 3.2.3  计时器配置
      4. 3.2.4  SDFM 配置
      5. 3.2.5  ADC 配置
      6. 3.2.6  CMPSS 配置
      7. 3.2.7  EPWM XBAR 配置
      8. 3.2.8  ECAP 配置
      9. 3.2.9  输出 XBAR 配置
      10. 3.2.10 输入 XBAR 配置
    3. 3.3 中断和实验结构
      1. 3.3.1 ISR1
      2. 3.3.2 ISR1 - 实验 3
      3. 3.3.3 ISR2
    4. 3.4 保护方案
    5. 3.5 CPU 负载
    6. 3.6 构建、加载和调试固件
  7. 4实施优化
  8. 5测试和结果
    1. 5.1 实验 1
    2. 5.2 测试逆变器运行情况
      1. 5.2.1 实验 2 和实验 3
      2. 5.2.2 实验 3 性能
      3. 5.2.3 逆变器中断基准测试
      4. 5.2.4 实验 4
    3. 5.3 测试 PFC 运行情况
      1. 5.3.1 实验 5
        1. 5.3.1.1 Memory Browser - 持续刷新
      2. 5.3.2 实验 6
      3. 5.3.3 实验 7
      4. 5.3.4 实验 7 中的 PFC 运行测试结果
      5. 5.3.5 PFC 中断基准测试
  9. 6参考文献
  10. 重要声明
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User's Guide

使用 AM263 的 10kW 三相三级（T 型）
逆变器

本资源的原文使用英文撰写。 为方便起见，TI 提供了译文；由于翻译过程中可能使用了自动化工具，TI 不保证译文的准确性。 为确认准确性，请务必访问 ti.com 参考最新的英文版本（控制文档）。

摘要

本用户指南重点介绍了 AM263x 微控制器如何用于控制 TIDA-01606 基于 SiC 的双向三级、三相逆变器和 PFC 功率级参考设计。TIDA-01606 参考设计可帮助客户在光伏逆变器、电动汽车充电器、电池储能系统、UPS 和电动汽车车载充电器 (OBC) 中实现单向或双向交流/直流和直流/交流功率级。AM263x 可有效地提供经过优化的快速控制环路性能，以便收集数据并处理所收集的数据，还可在定义的时间范围内使用紧密集成的高分辨率 PWM（用于驱动）更新系统，从而生成精确的占空比。

商标

controlCARD™, C2000™, and Code Composer Studio, and E2E™are TMs ofTI corporate name.

Arm® and Cortex®are reg TMs ofArm Limited.

Other TMs

1 引言

本文档介绍了如何使用 AM263x MCU 来控制 TIDA-01606 基于 SiC 的双向三级、三相逆变器和 PFC 功率级参考设计。该硬件与采用 HSEC controlCARD™ 格式的 MCU 兼容。虽然最初为 C2000™ MCU 产品系列而设计，但该参考设计也接受了 AM263x controlCARD (TMDSCNCD263)，只需进行少量修改即可。该参考设计可用于在光伏逆变器、电动汽车充电器、电池储能系统以及 UPS 和电动汽车车载充电器 (OBC) 中实现单向或双向交流/直流和直流/交流功率级。此设计中使用的 T 型三级功率级是提高这些系统的功率密度和效率的理想选择。

TIDA-01606 参考设计由四个独立的板组成，这些板协同工作以形成该三相逆变器参考设计：

  • 一块电源板，包括开关器件、LCL 滤波器、传感电子器件和板电源
  • TMDSCNCD263 通用 HSEC controlCARD，用于连接到基于 AM2634 Arm® 的 MCU
  • 三块栅极驱动器卡，每块卡带有两个 ISO5852S 和两个 UCC5320 栅极驱动器
  • 一个直流母线电压测量板 (TIDA-01606 ISOHVCARD)

有关其他硬件详细信息，请参阅 TIDA-01606：10kW 双向三相三级（T 型）逆变器和 PFC 参考设计 设计指南。

2 硬件要求

2.1 所需的硬件和测试仪器

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

2.2 设计中使用的微控制器资源

表 2-1 列出了 MCU 上用于控制功率级的重要资源：

表 2-1 电路板上用于控制功率级的关键控制器外设
引脚编号说明软件名称
15、31、28电网电压感测 A、B、C 相TINV_VGRID_A、B、C
21、33、30逆变器侧电压 A、B、C 相TINV_VINV_A、B、C
25、37、34逆变器侧电流 A 相TINV_IINV_A、B、C
42总线电压感测TINV_VBUS
40总线电压中点检测TINV_VBUS_MID
12、14、18、20A、B、C 相和环境温度TINV_TEMP_A、B、C、AMB
49、50、58Q1 PWM A、B、C 相TINV_Q1_A、B、C
51、52、60Q3 PWM A、B、C 相TINV_Q3_A、B、C
53、54、62Q2 PWM A、B、C 相TINV_Q2_A、B、C
99、103、107SDFM 数据 IG A、B、CTINV_IGRID_A、B、C
101、105、109SDFM 时钟 IG A、B、C
57、75SDFM 时钟源
89、87、85SiC 故障信号 A、B、C（低电平有效）TINV_FAULT_A、B、C
86、88、90、92A、B、C、N 上的继电器TINV_RELAY_A、B、C、N
61、63栅极驱动器电源 PWMTINV_GATE_DRIVE
59风扇的控制 GPIOTINV_FAN
108、110用于在启动固件调试时查看扩展坞上的 ISR 嵌套等TINV_PROFILING1、2
95栅极驱动器使能TNV_PWM_EN
81栅极驱动器复位TINV_R

2.3 TIDA-01606 REV-6 的硬件更改

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。
GUID-20230406-SS0I-RZJG-JKSM-JG84H5LQHDSQ-low.png图 2-1 TIDA-01606 中的 R196

2.4 TMDSCNCD263 controlCARD™ 更改

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。

GUID-20230406-SS0I-TGJK-MS61-6XVMHJ3V56KG-low.png图 2-2 用于 HSEC 引脚 92 配置的 I2C2 IO 扩展器
GUID-20230406-SS0I-SWTC-3CGS-PHX7DPZVHPVG-low.png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。

GUID-20230406-SS0I-2W3Q-RK7N-8RJPTTBLLJ8L-low.png图 2-4 AM263x controlCARD 中的 I2C0 MUX SEL
GUID-20230406-SS0I-0F03-KHLM-PB0NH7DPRCNQ-low.png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。

GUID-20230406-SS0I-Z08M-CRNS-LWKRDBTX8ND0-low.png图 2-6 L18 连接到 EPW21_B

3 软件

3.1 固件入门

3.1.1 打开 Code Composer Studio 工程

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。
    GUID-20230406-SS0I-B9JQ-DBML-5XLTGV6PM4SB-low.png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。

 
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