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變頻錯相控制方法中時序管理的設計與思考

冬至子 ? 來源:開關電源仿真與實用設計 ? 作者:楊帥鍋 ? 2023-05-02 11:52 ? 次閱讀

在比如LLC和CRM的兩相交錯控制中,我們需要同時變化頻率又需要保證相位以設定角度工作。我們簡單的以兩相LLC交錯90度的實現上來看,變化頻率時,還需要保證角度正確,就需要事先知道頻率變化后的周期長度,然后在去計算出滯后的時間,可見:

圖片

從上圖來看,我們可以用時鐘信號或者說是PWM RAMP的長度標志為開周期的25%,這樣利用D觸發器分頻后,可以很容易得到滯后90°這個位置,然后用這個位置去開啟B相,即可實現LLC的變頻滯后90度的PWM輸出。

圖片

在以這種方法的實現中,90度的位置基本上被固定,沒用辦法實現在滯后角度上的調整。同時PWM RAMP的頻率x4后,在變化開關頻率時,至少需要4個PWM RAMP才能穩定,理論上來說,動態時的頻率和相位的誤差會更大。

如果用兩個PWM RAMP,使用PHASE A的90度時間點去啟動PHASE B的計數。這樣的動態響應應該會更好,這個方法也更容易在DSP中實現,可見:

圖片

使用兩個PWM RAMP的0.5周期長度點做LLC的50%占空比點,用PHASE A的周期25%點做PHASE B的復位點,實現為:

圖片

其實LLC來說是要簡單一些,因為作為頻率控制變量可以事先在反饋中知道。CRM PFC中實現ZCD來做周期的復位信號時,就不同于LLC了。它無法使用事先的預知的周期終點來做相位管理,因為CRM的錯相控制需要知道前一個開關周期長度,然后假設在相鄰的兩個周期的長度差異不大的情況,然后根據周期長度來計算出50%點的位置,再發出PHASE B的復位信號,可見:

圖片

使用ZCD FLAG來做Trigger源來抓到PWM RAMP在ZCD信號進來時的幅值,然后使用高頻LPF來過濾噪音后衰減0.5倍后,再比較后輸出作為PHASE的時序同步信號。運行如圖:

圖片

但是CRM控制中使用PHASE A 去同步PHASE B, 會因為交錯CRM的電感器的偏差會存在進入CCM區域工作的問題 。為了解決進入CCM的工作模式,不可直接使用COPY PHASE A的周期來做,需用各個繞組的ZCD FLAG來做復位信號,但是這樣又很難去同步相位。

下圖是NCP1631的交錯CRM的時序管理模塊的示意圖,下面簡單的介紹一下ON的實現方法。更多的細節可以參見NCP1631的規格書哈。

當PHASE A的OFF時間增大后,必須要等到ZCD出現后才能開啟新的PWM周期,這樣做可以避免因為負載擾動時可能進入CCM的問題。當PHASE A的OFF時間增大時,PWM RAMP的A階段會更多時間的放電(下降沿), 使PWM RAMP的下降到更低的電平

因此當ZCD A FLAG重置PWM RAMP的計數方向時,當然也開啟了新的PWM周期。那么PWM RAMP需要從新的低端電壓(計數值)開始上升,那么顯然上升到復位電壓點B階段的時間也會同步變長。PWM RAMP達到上升沿峰值后開始下降(C階段)。 同時事先設置好使用PWM RAMP下降沿作為PHASE A和B的切換選擇, 就是A階段是控制PHASE A,C階段控制PHASE B。

在C階段時需等待PHASE B的ZCD FLAG出現,然后PHASE B的PWM 開啟。PWM RAMP轉為D階段開始上升沿充電,然后達到峰值后轉為下降沿的E階段,等待PHASE A的ZCD FLAG。因此,PHASE B的周期長度也影響了C階段PWM RAMP下降沿的低端峰值,從而也影響到了PHASE A周期開通點,要讓PHASE A的PWM開啟,必須也要經歷D和E這個過程。

圖片

因此通過上述的方法,可以把PWM OFF的擾動重新影響到另外一個PHASE的PWM開啟點上,強迫另一個周期的OFF時間也必須延長,以此來避免進入CCM的情況。雖然相位可能會偏離180度,但是可以保證不會進入CCM。

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