C2000™ リアルタイム・マイコン開発

C2000™ リアルタイム・マイコンは、デジタル制御電源やモータ制御などのパワーエレクトロニクスに特化したさまざまな機能を搭載しています。拡張された高速数値演算機能、高分解能PWM、高速ADCを始めとしたパワーエレクトロニクス用に調整されたペリフェラル群により、産業用と車載用の各アプリケーションで優れた性能を発揮します。40MHzから200MHz、38ピンから256ピンまでのコード互換を持った幅広い製品ラインナップがあります。

主な機能

・パワーエレクトロニクスに特化したペリフェラルを搭載
・豊富なリファレンスデザインとサンプルコード
・初期導入の負荷軽減および開発時間、工数の削減

仕様

・C28x 32ビットCPU 動作周波数 40M～200MHz （最大デュアルコア）
・浮動小数点演算ユニット（FPU32、FPU64）
・浮動小数点制御補償器アクセラレータ(CLA)
・ビタビ複素演算ユニット (VCU)
・三角関数演算ユニット(TMU)
・構成可能ロジック・ブロック（CLB）
・フラッシュ最大16KB～１.5MB、RAM 6KB～338KB（ECC保護・パリティ保護）
・最大4x高速ADC 12ビット1M～12.5MSPS / 16ビット1MSPS
・最大24ch 多機能・高分解能（150ps） PWM
・最大8x ウィンドウ・コンパレータ（10/12bit DAC スロープ補償付)
・最大3x 12ビット DAC出力
・最大7x プログラマブル・ゲイン・アンプ (PGA)
・ΔΣ復調入力、キャプチャ入力（eCAP）、エンコーダモジュール（eQEP）
・シリアル通信 (UART、SPI、LIN、I2C、CAN、CAN-FD、McBSP、USB2.0、FSI、10/100 Ethernet)
・外部パラレルバス（EPI、EMIF、uPP）
・EtherCAT スレーブ・コントローラ（ESC）
・内蔵３.3Vレギュレータ（VREG）、温度センサ
・内蔵10MHzオシレータ ｘ2、クロック消失検出回路
・パワー・オン・リセット（POR）、電源監視リセット（BOR）
・リアルタイムJTAGデバッグ、リアルタイム解析ユニット (ERAD)

C2000™ リアルタイム・マイコン　ブロック図

デジタル電源の構成例

C2000™ リアルタイム・マイコンは、電気自動車 (EV)から発電システム、民生機器まで、さまざまなアプリケーションのデジタル電源制御で使用されており、処理速度と精度の両立と、効率、性能や信頼性の向上を実現します。

下記の例では、再生可能エネルギー向けシステム用蓄電池充放電コントローラアプリケーションにおけるデジタル電源制御のためにC2000™ リアルタイム・マイコンを使用しています。

関連リンク：Smart Power Solution（東京エレクトロンデバイス長崎）

モーター制御の構成例

C2000™ リアルタイム・マイコンは 、 シンプルな機械式回転子センサから高性能モーター制御システムまで、3 相の各種機器を中心にさまざまなアプリケーションのモーター制御で使用されており、速度の制御と、効率、性能や信頼性の向上を実現します。

下記の例では、産業用モーター制御アプリケーションにおけるモーター制御のためにC2000™ リアルタイム・マイコンを使用しています。EtherCATなどのプロトコルを追加するために、C2000™マイクロコントローラのシリアル・ペリフェラル・インターフェイス（SPI）を通じてAMIC110などのプロセッサ製品との通信が可能です。

ユースケース：電気自動車（EV）充電ステーションの構成例

排気ガスの排出量をゼロにし化石燃料への依存度を低減するため、多様な施策が進んでいます。電気自動車業界はEVの普及とともに公共 EV 充電ステーションがグリッド (商用電力網) に接続され、住宅用の充電ステーションも需要に対応して大幅に増加することが見込まれています。

このような環境でC2000™ リアルタイム・マイコンは 、 高速演算可能なCPUとアクセラレータ、豊富なアナログ機能、高分解能なパルス制御で高圧から低圧への電力変換に際して高精度で安全な制御を実現することができます。

デジタル電源制御にC2000™ リアルタイム・マイコンを使用するメリット

C2000™ リアルタイム・マイコンは、重要な計算性能とアナログ処理に関する速度と精度を両立しており、デジタル電源アプリケーションで求められる高周波制御ループに必要なフレキシブルで高分解能のパルス幅変調 (PWM) 波形を生成します。

・過電流と過電圧からの保護
C2000™ リアルタイム・マイコンは、PWM モジュールに直接接続するコンパレータを内蔵しており、過電流や過電圧、また電流の不足や低電圧のイベントが発生した場合に、出力を安全な状態や既知の状態に変更することができます。

・高効率スイッチング
C2000™ リアルタイム・マイコンは、ソフトウェア・プログラマブルで、最小ステップ・サイズが 150ps である高分解能 PWM などの内蔵機能を活用すると、さまざまなシステム要件に対応する幅広い設定が可能になります。  最大 4 種類の比較モジュールを使用して、さまざまな PWM 方式を生成できます。

・バレー・スイッチング*
新しいタイプ 4 PWM を採用した C2000™ リアルタイム・マイコンは、専用のオンチップ・ハードウェアを使用し、外部回路を追加することなく、バレー・スイッチング PWM 制御をサポートします。

デジタル電源EVMおよびリファレンスデザインリスト

TIから提供される豊富なリファレンスデザインおよびサンプルコードを利用することで初期導入の負荷軽減、開発時間および工数の削減が可能です。

タイプ	トポロジー	TI Reference Design #	定格電力	入力	出力	効率	対応 C2000 製品	写真
DC/DC	Peak Current Mode Control PSFB Converter	TIDM-02000	300W	200-400VDC	12VDC	92%	F28004x
DC/DC	2Ph Interleaved LLC	TIDM-1001	500W	370-410VDC	12VDC	95%	F2837x F28002x
DC/DC	CLLC Resonant Dual Active Bridge (DAB)	TIDM-02002	6.6kW	400-600VDC	280-450VDC	98%	F28004x
DC/DC	Dual Active Bridge (DAB)	TIDM-010054	10kW	700-800VDC	380-500VDC	98%	F28004x
DC/DC	Current-mode LLC	PMP41006	1kW	110Vac/220Vac	12VDC	99%	F28004x
DC/DC	phase-shifted full bridge with active clamp	PMP23126	3kW	350V to 420V	12VCD	97.74%	F28004X
DC/AC	1Ph DC/AC	TIDM-HV-1PH-DCAC	600W	400VDC	110Vac/ 220Vac	98%	F28004x F2837x
AC/DC	Valley Switching Boost PFC	TIDM-1022	750W	110Vac/ 220Vac	400VDC	92%	F28004x
AC/DC	CCM totem pole bridgeless PFC and half-bridge Voltage mode LLC	TIDA-010062	1kW	110Vac/ 220Vac	12VDC	99%	F28004x F28002x F28003x
AC/DC	Vienna Rectifier-based 3Ph PFC	TIDM-1000	2.4kW	110Vac/ 220Vac	600VDC/ 700VDC	98%	F2837x F28004x F2838x
Bi-directional AC/DC DC/AC	Bi-Directional 3Ph Interleaved Totem-Pole CCM PFC/Inverter	TIDM-02008	3.3kW	110Vac/ 220Vac	380VDC	98%	F28004x F2837x
				380VDC	120Vac/ 220Vac
AC/DC	3Ph Interleaved Totem-Pole CCM PFC	TIDA-01604	6.6kW	110Vac/ 220Vac	400VDC	98%	F28004x
Bi-directional AC/DC DC/AC	3Ph PFC/Inverter Full-bridge	TIDA-01606	10kW	800VDC/ 1000VDC	400VAC	98%	F2837x
				400VAC	800VDC/ 1000VDC
C/DC	1Ph totem-pole bridgeless PFC	PMP23069#	3.6kW	110Vac/220Vac	380VDC	98.7%	F28002x F28004x
AC/DC	Variable-frequency, ZVS, 5-kW, two-phase totem-pole PFC	PMP40988#	5kW	180Vac ~ 305Vac	475Vdc	99.2%	F28004x
Bidirectional AC/DC DC/AC	11-kW, bidirectional, three-phase ANPC Inverter/ PFC	TIDA-010210#	11kW	600V to 800VDC	400VAC	98.5%	F28004x
				400VAC	600V to 800VDC

搭載システムの開発から製造まで

デジタル電源やモーター制御などのパワーエレクトロクス開発には、電源やモータの知識に加えてソフトウェア開発の技術知識が必要となります。

また、開発した製品の評価を行うには専用の評価設備が必要となり、一から開発を始めると膨大な費用と工数がかかってしまいます。

東京エレクトロンデバイスグループでは、C2000™ リアルタイム・マイコンを使用したアクチュエータ制御およびデジタル電源の開発・製造実績がございますので、お客様のご要望に合わせ、試作～量産～サポートまでワンストップサービスを提供します。

設計・製造概要

・基板設計
‐ 部品選定
‐ 回路設計（回路シミュレーション）
‐ アートワーク設計

・電源設計

・筐体設計

・デジタル設計
‐ ソフトウェア設計
‐ FPGA回路設計

・製造・検査
‐ 部品手配
‐ 基板実装
‐ 信頼性試験

関連リンク：設計受託サービス　量産受託サービス

開発実績

・再生可能エネルギー向けシステム用電力変換装置（Smart Power Module）
再生可能エネルギー向けシステム用にC2000™ リアルタイム・マイコンを使用した電力変換装置を自社製品として提供しており、お客様のご要望に合わせたカスタマイズが可能です。

– 蓄電池充放電コントローラ [1][2]
– 系統連携DC-ACインバータ [3]
– 太陽光発電向けDC-DCコンバータ [4]

関連リンク：Smart Power Solution（東京エレクトロンデバイス長崎）

再生可能エネルギー向けシステム用電力変換装置において弊社が対応可能な仕様範囲および弊社が保有する開発・検査用設備は下記となります。

※対応可能な仕様範囲 

*1：充放電（双方向動作）可能
*2：AC/DC=系統連系インバータ（双方向動作可能）
*3：DC/DC＝PV/風力コンバータ

※開発・検査用設備 （2021年12月現在）