Wechselrichter- und PFC-Referenzdesign TIDA-1606

Das 10-kW-AC/DC-Wandler-Referenzdesign TIDA-01606 mit Bauteilen von Texas Instruments und Würth Elektronik zeigt, wie ein bidirektionaler dreiphasiger, dreistufiger, SiC-basierter AFE-Wechselrichter und eine PFC-Stufe implementiert werden können. Das Design verwendet eine Schaltfrequenz von bis zu 90 kHz und einen LCL-Ausgangsfilter, um die Größe der Induktivitäten zu reduzieren und gleichzeitig einen Spitzenwirkungsgrad von 98,6 % beizubehalten. Mit diesen Produkten können Entwickler problemlos eine vollständige dreiphasige AFE-Steuerung in der DQ-Domäne implementieren. Dieses bidirektionale Wandlerdesign ermöglicht sowohl Gleichstrom-Schnelllade- als auch Vehicle-to-Grid-Stromversorgungsanwendungen (V2G) mit bis zu 900 V.

Das Referenzdesign TIDA-01606 enthält eine Reihe von passiven Komponenten von Würth Elektronik, darunter Leistungsinduktivitäten, Ferritperlen, Gegentakttransformatoren und vieles mehr, die die Fähigkeit des Designs als dreistufige, dreiphasige SiC-basierte DC/AC-Netzwechselrichterstufe unterstützen. Die Verwendung dieser Bauteile von Würth Elektronik trägt zu dem hohen Wirkungsgrad (bis zu 99 %), der Fähigkeit, hohe DC-Busspannungen (bis zu 1000 V) zu verarbeiten, und der kompakten Größe aufgrund einer hohen Schaltfrequenz von 50 kHz bei.

Um die durch Hochspannungs-DC-Ladegeräte und Solaranlagen erzeugten Spannungsbelastungen auszugleichen, wurden aktualisierte Topologien entwickelt. Herkömmliche Halbbrücken blockieren die volle Eingangsspannung an jedem Schaltgerät. Durch Hinzufügen zusätzlicher geschalteter Sperr- und Leitungskomponenten kann die Gesamtbelastung des Geräts erheblich reduziert werden. Dieses Referenzdesign zeigt, wie man einen Dreistufenwandler implementiert. Es sind auch übergeordnete Wandler möglich, die die Spannungsbelastbarkeit weiter erhöhen. Eine zusätzliche Leistungsdichte wird auch durch die Umstellung auf höhere Schaltgeschwindigkeiten von bis zu 90 kHz in den Leistungswandlern ermöglicht. Wie dieses Design zeigt, reduziert selbst eine geringfügig höhere Schaltgeschwindigkeit den Gesamtgrößenbedarf der Ausgangsfilterstufe, die einen wesentlichen Beitrag zur Designgröße leistet. Dieses Referenzdesign verwendet SiC-MOSFETs zusammen mit der SiC-Gate-Treibertechnologie von TI, um die potenzielle Steigerung der Leistungsdichte zu demonstrieren. Trotz der reduzierten Grundfläche wird bei maximaler Last eine Gesamtklirrfaktor (THD) von weniger als 3 % erreicht.