三相维也纳PFC参考方案简介

大家好 我是TI Century FAE Igor An

今天我将为大家介绍

由TI C2000 Solution开发的 三相维也纳PFC的参考设计

希望通过这个参考设计 能让大家了解到

在三相维也纳PFC的系统中 有哪些TI的芯片可供大家参考和选择

同时也非常希望我们在实现 
三相维也纳PFC的控制算法上

能对您有所启发和帮助

我将分为下面四个方面 给大家进行介绍

第一个方面就三相维也纳PFC 应用比较广泛的

电动汽车充电中的应用领域 结合三相维也纳PFC

介绍充电中领域主要的解决方案

以及三相维也纳PFC
 在充电中领域的一些地位和市场情况

第二个方面介绍 三相维也纳PFC的硬件配置


第三个方面是我们实现的 三相维也纳PFC的主控环路的设计

第四个方面是我们在实现这个 三相维也纳PFC控制环路

这个软件的结构和一些测试结果

电动汽车充电系统中 我们主要分为下面三种

基本的使用功耗 第一种是我们认为是慢充

或者是功率比较小的充电

那它基本上就是由外面 引入一个单相的交流电源

那由车载的AC-DC DC-DC车载充电设备

车上电池机用充电

那第二个等级我们认为其实
和 第一个等级的基本配置是一样的


只是它的功率稍微增大了

那我们这里便是它基本的接口类型

那第三种就是我们一般
 会在外面经常看到的一些

这种完全是在车外面的电动充电装

那这我们称之为直流充电装 因为它最终的输出就是


一个直流的电源 
供给我们的电池充电

那在这种应用里面

那非常多的解决方案 
都采用了三相维也纳PFC

那对每一种方案中 我们可选的基本拓普

我们做了以下基本罗列

那对于车载来说 因为它是单相

前提我会有一个单相的PFC

这种单相PFC 我可能直接就是一个单相boost

或者是向我们列出的这个 它是一个交错并联的这个PFC

那对于各种方案
我们都有 相应的TI一些参考设计

那后期DC-DC我们可使用 并联的交错的LLC

或者是我们的PSFB

那对于车外面的三相充电系统 大的相对大功率一点

那我们可能前级的PFC 我们用三相的PFC

那传统三相PFC是那种六管式的PFC

那我们这里介绍的是 在充电装里面非常广泛应用的


这个三相维也纳PFC 以及后级的和上面

基本类似的LLC或者PSFB

那下面这些标号是我们在TI 设计的一些参考设计项目标号

大家可以在TI的官网上搜索这些标号

来找到它们相应对应的这些资料

那这种由于它的功率等级比较高 所以它的充电速度很快

对于这个快速充电系统中 尤其是带三相PFC的系统

那如果我前端不去进行PFC控制 它在充电的时候

比如说我这个电压是标准正旋 那我如果没有PFC功能

它的这个整流直接整流出来 
供给后面充电

它也可以实现充电功能

但是由于我整个前端输入电流 
是一个这个非正旋的

它有非常大的斜波干扰 可能会影响我们的电

同时它的一个PF质也是非常差的

在一些这个要求比较严格 的地区或者国家

它可能是不能够使用的

那如果我们加了PFC功能 那我们知道PFC的一个主要功能

就是把输入电流调理成 
和输入电压同相位

同时也是正旋的这种电流波形 能减少它的斜波 改善PF

那我们得到的就是 很漂亮的一个正旋波形

那我们有非常多的这个不同的拓普 可以实现这个PFC功能

那在我们这个设计中 我们选用了维也纳PFC

那它有几个非常明显的主要优势

如果大家之前对 维也纳有一些了解的话

可能对它的基本优点会比较了解 那最典型的就是

由于我把这个两管串联 而且是接到中线和下面

ABC输入电​​压之间 所以每一个管子在工作的时候

它的管压降并不像传统的六管 它是整个母线

那我们在维也纳的时候 每个管子工作的时候

它两端承受的最高电压
 实际上是半个母线

也就是母线的一半 那所以我整个管子 
它的耐压等级

我就可以选低耐压等级的 同时由于它的这个管子上面

降落的电压压降相对较低 那它整个的开发损耗

也会比较低

那同时它 由于它实际上
 是一个三电频的工作系统

它有一个零电压状态 还有一个正和负

所以它的这个EMC EMI
 会比传统的那种PFC会好

等等等等一系列 它更容易实现这种较高效率的拓普

所以 基于这种特点 它在这个电动汽车充电装的

这个应用上被广泛使用 当然它有一个缺点或者叫不足吧

它的电流只能实现这个单相流动 它是不能实现双相流动

像我们六管这种PFC 它可以实现电流双相流动

所以在一些需要 能量回馈的这种应用中

可能三相维也纳PFC 并不是很适用

那这个就是我们今天 
介绍的这个中心的设计

它的这个设计号就是 TIDM-1000

那我们后面大家可以在网上 
搜到这个TIDesigns

相关的设计资料 从硬件到软件都会公开给大家

那这面列出了我们主要的 这个技术指标

好 那我们支持相当于 就是110 三相110

相当于就是208 或者是380的这种AC输入

母线电压600到700伏

1.2千瓦或者2.4千瓦

那我们可以达到就是
peak的效率 
可以大到98%以上

OK

然后呢我们的这个TI的
 所有电源数字解决方案

其实属于TI的这个 数字电源解决方案

我们有几个平台
 向跟大家发布我们的这个

公开的一些资源 我们一些参考设计的源码


加一些原理图PCB这些 我们都是完全公开给大家的

那大家有一个软件叫PowerSUITE 那它是集成在我们C2000的

一个叫ControlSUITE的一个软件中

那同时这里面我们特别 
highlight一个就是我们用于

实现这个解决方案的是 我们
28377D这颗C2000的芯片

那这个是比较新的一个芯片 是在2016年和2015后半年

这个阶段向市场推出的

那这颗芯片较之前C2000芯片 有非常大的提升

那就是我们加了一个TMU单元 它是一个硬件的三角函数加速器

有了这个三角函数加速器 我们在计算Sin Cos甚至除法等等

这些三角函数相关的一些运算的时候 速度得到了大大的提升

那比如说计算一个Sin 没有TMU的这个C2000的芯片

那之前我们计算大概需要 
这个30个质量周期左右

去运算完这个Sin结果 那有了TMU 那这个质量周期


缩短了四到五个CPU质量周期

所以在运算效率上是 
非常明显非常大幅的提升

同时我们引入了 Delta Sigma这个解调

这个也是集成在我们 新型的C2000系列芯片中

Delta Sigma解调的这个功能

它可以配合外部外挂的 这个
Delta Sigma调制的芯片

去实现整个信号
 用Delta Sigma进行采样

同时我们在新型C2000这个比较器 內部集成比较器做了一定的改进

那实现这个窗口比较的功能 那之前我们用过之前的


这个C2000呢功能是会知道 我们之前C2000内部集成比较器


只是一个单端比较器 只能有一个点

比如说我做电流保护 它只能保护半边的

那现在我们有一个窗口 那就是正负的这个

我们都可以得到保护

还有就是SFRA 那这个是一个非常强大的



C2000数字电源上的一个工具

那这个就是用软件的方式 实现环状分析仪的功能

那可以让您在线去测出 整个闭环的波特图

它的平移响应 复制响应 还有就是复制响应等等

这些信息我都可以通过SFRA 这个工具给您在线的分析出来

同时我们有一个 compositor designer就是帮助您

设计您的控制环路 所以您有了SFRA

加上compositor designer这两个 就形成了一个闭环

那您就可以用SFRA测一下波特图 哪里不满意的

那您通过compositor designer 去调您的PI或是2P2J等等

这些控制器的控制参数 那这种基本就实现了

我们近似于的 这个Control 2 boxes分析

和它的这个帮助您设计矫正器的功能

所以非常智能 同时我们通过PowerSUITE

我们把一些典型拓普 集成的PowerSUITE

实现了这个图形化设计

那维也纳PFC也是在其中之一 所以如果您有一个新的板子

您不想去手写代码去调这个 维也纳PFC的这个控制环路

您也可以通过PowerSUITE 通过图形化界面的方式

去配置您的[听不清]端口 去配置您的ADC

然后去配置您各种采样回路 它的一个比例增益

然后去运行你的系统开环闭环 然后还可以通过SFRA

去compositor designer
 去设定您的矫正器

所以整个这个TI所提供的这个工具 非常便捷的只是让您

去快速的开发您的系统

那对硬件方面呢 我们在这里列出了就是我们

整个应用中实现中 所用到的TI一些外围芯片

像我们的一些采样隔离 一些电源

那我们都在这个参考设计中有所体现 也可以参考我们的这个选择

来去决定是不是和我们用同样的芯片

或是去比较一下 您的选择和我们用的芯片

在性能和各方面性价比上的一些差距

好 第一部分的介绍 就给大家介绍到这里

欢迎大家继续关注下一部分的内容 谢谢大家

大家好 我是TI Century FAE Igor An

今天我将为大家介绍

由TI C2000 Solution开发的 三相维也纳PFC的参考设计

希望通过这个参考设计 能让大家了解到

在三相维也纳PFC的系统中 有哪些TI的芯片可供大家参考和选择

同时也非常希望我们在实现 
三相维也纳PFC的控制算法上

能对您有所启发和帮助

我将分为下面四个方面 给大家进行介绍

第一个方面就三相维也纳PFC 应用比较广泛的

电动汽车充电中的应用领域 结合三相维也纳PFC

介绍充电中领域主要的解决方案

以及三相维也纳PFC
 在充电中领域的一些地位和市场情况

第二个方面介绍 三相维也纳PFC的硬件配置


第三个方面是我们实现的 三相维也纳PFC的主控环路的设计

第四个方面是我们在实现这个 三相维也纳PFC控制环路

这个软件的结构和一些测试结果

电动汽车充电系统中 我们主要分为下面三种

基本的使用功耗 第一种是我们认为是慢充

或者是功率比较小的充电

那它基本上就是由外面 引入一个单相的交流电源

那由车载的AC-DC DC-DC车载充电设备

车上电池机用充电

那第二个等级我们认为其实
和 第一个等级的基本配置是一样的


只是它的功率稍微增大了

那我们这里便是它基本的接口类型

那第三种就是我们一般
 会在外面经常看到的一些

这种完全是在车外面的电动充电装

那这我们称之为直流充电装 因为它最终的输出就是


一个直流的电源 
供给我们的电池充电

那在这种应用里面

那非常多的解决方案 
都采用了三相维也纳PFC

那对每一种方案中 我们可选的基本拓普

我们做了以下基本罗列

那对于车载来说 因为它是单相

前提我会有一个单相的PFC

这种单相PFC 我可能直接就是一个单相boost

或者是向我们列出的这个 它是一个交错并联的这个PFC

那对于各种方案
我们都有 相应的TI一些参考设计

那后期DC-DC我们可使用 并联的交错的LLC

或者是我们的PSFB

那对于车外面的三相充电系统 大的相对大功率一点

那我们可能前级的PFC 我们用三相的PFC

那传统三相PFC是那种六管式的PFC

那我们这里介绍的是 在充电装里面非常广泛应用的


这个三相维也纳PFC 以及后级的和上面

基本类似的LLC或者PSFB

那下面这些标号是我们在TI 设计的一些参考设计项目标号

大家可以在TI的官网上搜索这些标号

来找到它们相应对应的这些资料

那这种由于它的功率等级比较高 所以它的充电速度很快

对于这个快速充电系统中 尤其是带三相PFC的系统

那如果我前端不去进行PFC控制 它在充电的时候

比如说我这个电压是标准正旋 那我如果没有PFC功能

它的这个整流直接整流出来 
供给后面充电

它也可以实现充电功能

但是由于我整个前端输入电流 
是一个这个非正旋的

它有非常大的斜波干扰 可能会影响我们的电

同时它的一个PF质也是非常差的

在一些这个要求比较严格 的地区或者国家

它可能是不能够使用的

那如果我们加了PFC功能 那我们知道PFC的一个主要功能

就是把输入电流调理成 
和输入电压同相位

同时也是正旋的这种电流波形 能减少它的斜波 改善PF

那我们得到的就是 很漂亮的一个正旋波形

那我们有非常多的这个不同的拓普 可以实现这个PFC功能

那在我们这个设计中 我们选用了维也纳PFC

那它有几个非常明显的主要优势

如果大家之前对 维也纳有一些了解的话

可能对它的基本优点会比较了解 那最典型的就是

由于我把这个两管串联 而且是接到中线和下面

ABC输入电​​压之间 所以每一个管子在工作的时候

它的管压降并不像传统的六管 它是整个母线

那我们在维也纳的时候 每个管子工作的时候

它两端承受的最高电压
 实际上是半个母线

也就是母线的一半 那所以我整个管子 
它的耐压等级

我就可以选低耐压等级的 同时由于它的这个管子上面

降落的电压压降相对较低 那它整个的开发损耗

也会比较低

那同时它 由于它实际上
 是一个三电频的工作系统

它有一个零电压状态 还有一个正和负

所以它的这个EMC EMI
 会比传统的那种PFC会好

等等等等一系列 它更容易实现这种较高效率的拓普

所以 基于这种特点 它在这个电动汽车充电装的

这个应用上被广泛使用 当然它有一个缺点或者叫不足吧

它的电流只能实现这个单相流动 它是不能实现双相流动

像我们六管这种PFC 它可以实现电流双相流动

所以在一些需要 能量回馈的这种应用中

可能三相维也纳PFC 并不是很适用

那这个就是我们今天 
介绍的这个中心的设计

它的这个设计号就是 TIDM-1000

那我们后面大家可以在网上 
搜到这个TIDesigns

相关的设计资料 从硬件到软件都会公开给大家

那这面列出了我们主要的 这个技术指标

好 那我们支持相当于 就是110 三相110

相当于就是208 或者是380的这种AC输入

母线电压600到700伏

1.2千瓦或者2.4千瓦

那我们可以达到就是
peak的效率 
可以大到98%以上

OK

然后呢我们的这个TI的
 所有电源数字解决方案

其实属于TI的这个 数字电源解决方案

我们有几个平台
 向跟大家发布我们的这个

公开的一些资源 我们一些参考设计的源码


加一些原理图PCB这些 我们都是完全公开给大家的

那大家有一个软件叫PowerSUITE 那它是集成在我们C2000的

一个叫ControlSUITE的一个软件中

那同时这里面我们特别 
highlight一个就是我们用于

实现这个解决方案的是 我们
28377D这颗C2000的芯片

那这个是比较新的一个芯片 是在2016年和2015后半年

这个阶段向市场推出的

那这颗芯片较之前C2000芯片 有非常大的提升

那就是我们加了一个TMU单元 它是一个硬件的三角函数加速器

有了这个三角函数加速器 我们在计算Sin Cos甚至除法等等

这些三角函数相关的一些运算的时候 速度得到了大大的提升

那比如说计算一个Sin 没有TMU的这个C2000的芯片

那之前我们计算大概需要 
这个30个质量周期左右

去运算完这个Sin结果 那有了TMU 那这个质量周期


缩短了四到五个CPU质量周期

所以在运算效率上是 
非常明显非常大幅的提升

同时我们引入了 Delta Sigma这个解调

这个也是集成在我们 新型的C2000系列芯片中

Delta Sigma解调的这个功能

它可以配合外部外挂的 这个
Delta Sigma调制的芯片

去实现整个信号
 用Delta Sigma进行采样

同时我们在新型C2000这个比较器 內部集成比较器做了一定的改进

那实现这个窗口比较的功能 那之前我们用过之前的


这个C2000呢功能是会知道 我们之前C2000内部集成比较器


只是一个单端比较器 只能有一个点

比如说我做电流保护 它只能保护半边的

那现在我们有一个窗口 那就是正负的这个

我们都可以得到保护

还有就是SFRA 那这个是一个非常强大的



C2000数字电源上的一个工具

那这个就是用软件的方式 实现环状分析仪的功能

那可以让您在线去测出 整个闭环的波特图

它的平移响应 复制响应 还有就是复制响应等等

这些信息我都可以通过SFRA 这个工具给您在线的分析出来

同时我们有一个 compositor designer就是帮助您

设计您的控制环路 所以您有了SFRA

加上compositor designer这两个 就形成了一个闭环

那您就可以用SFRA测一下波特图 哪里不满意的

那您通过compositor designer 去调您的PI或是2P2J等等

这些控制器的控制参数 那这种基本就实现了

我们近似于的 这个Control 2 boxes分析

和它的这个帮助您设计矫正器的功能

所以非常智能 同时我们通过PowerSUITE

我们把一些典型拓普 集成的PowerSUITE

实现了这个图形化设计

那维也纳PFC也是在其中之一 所以如果您有一个新的板子

您不想去手写代码去调这个 维也纳PFC的这个控制环路

您也可以通过PowerSUITE 通过图形化界面的方式

去配置您的[听不清]端口 去配置您的ADC

然后去配置您各种采样回路 它的一个比例增益

然后去运行你的系统开环闭环 然后还可以通过SFRA

去compositor designer
 去设定您的矫正器

所以整个这个TI所提供的这个工具 非常便捷的只是让您

去快速的开发您的系统

那对硬件方面呢 我们在这里列出了就是我们

整个应用中实现中 所用到的TI一些外围芯片

像我们的一些采样隔离 一些电源

那我们都在这个参考设计中有所体现 也可以参考我们的这个选择

来去决定是不是和我们用同样的芯片

或是去比较一下 您的选择和我们用的芯片

在性能和各方面性价比上的一些差距

好 第一部分的介绍 就给大家介绍到这里

欢迎大家继续关注下一部分的内容 谢谢大家