恩智浦:基于DSC控制器的逐波限流实现

Release time:2024-08-14
author:AMEYA360
source:恩智浦
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  逐波(CBC, Cycle-By-Cycle)限流功能常用于限制逆变器输出电流,防止逆变器加载过程中输出过流从而损坏硬件电路。本文简要介绍基于DSC片上外设实现逐波限流的具体策略。

  DSC外设简介

  实现逐波限流功能,需要使用DSC片上的PWM,CMP,XBAR模块。

  PWM模块用于产生开关电源控制所需的PWM信号。PWM内部集成故障保护功能,每个PWM模块共包含8个故障信号输入端口。PWM故障端口既可连接至DSC片外故障信号,也可通过XBAR连接至DSC片上信号。任意一个故障信号均可用于关闭指定通道的PWM信号输出,从而实现硬件保护或限流功能。

  PWM故障恢复模式共有以下几种:

  自动故障清除模式(FCTRL[FAUTOx=1])

  故障消失后,PWM信号在下半个/一个PWM周期起始处自动恢复输出,配置FSTS[FHALFx]和FSTS[FFULLx]位设置恢复时刻。

  手动故障清除模式(FCTRL[FAUTOx=0])

  使能安全模式(FCTRL[FSAFEx=1]):软件清除故障标志位FSTS[FFLAGx],若故障端口上故障信号消失,PWM信号在下半个/一个PWM周期起始处自动恢复输出,配置FSTS[FHALFx]和FSTS[FFULLx]位设置恢复时刻。

  禁用安全模式(FCTRL[FSAFEx=0]):软件清除故障标志位FSTS[FFLAGx],PWM信号在下半个/一个PWM周期起始处自动恢复输出,配置FSTS[FHALFx]和FSTS[FFULLx]位设置恢复时刻。PWM恢复输出不受故障端口上信号状态的影响。

  CMP为DSC片上比较器模块,其内部集成8位DAC,DAC输出可配置为比较器同相端或反相端的输入信号,用户可通过配置寄存器调整DAC输出电压。CMP同相/反相输入端口信号均可通过配置8选1多路复用器选择。

  XBAR为内部外设互联模块,便于用户使用多个外设进行配合,实现复杂功能。

  逐波限流原理

  下面结合示意图,简要介绍逐波限流的实现原理。当电流iL小于电流门限值(Threshold)时,PWM信号正常输出;当iL超过Threshold时,比较器CMP输出翻转至高电平,PWM输出快速翻转至低电平,随后iL逐渐降低。进入下一个PWM周期后,如果此时iL低于Threshold,那么PWM恢复输出高电平;如果iL仍大于Threshold,那么PWM信号依然保持为低电平。以上就是逐波限流功能的基本逻辑,在该模式下,通过硬件关断PWM输出信号,电流始终被限制在允许范围内。

恩智浦:基于DSC控制器的逐波限流实现

  逐波限流实现

  下图为基于DSC片上CMP和PWM模块实现逐波限流的系统配置框图。iL为交流电流,因此需要两个CMP模块,分别用于限制交流正负半周期的电流最大值。限流门限值可通过配置CMP内部集成的DAC的相关寄存器进行设置。两个CMP的输出信号通过配置XBAR连接至PWM模块的故障信号输入端口。PWM故障恢复模式配置为自动故障清除模式。当FSTS[FHALFx]配置为1时,PWM输出信号在半周期起始处恢复,半周期时刻由PWM[SMxVAL0]决定,用户可根据需要将半周期时刻配置为PWM周期内的任意时刻;当FSTS[FFULLx]配置为1时,PWM输出信号在PWM周期起始处恢复。

恩智浦:基于DSC控制器的逐波限流实现

  如果用户希望使用外部CMP,可按照如下框图进行配置。外部CMP的输出信号可直接连接至PWM的故障输入端口,或者通过XBAR连接至PWM的故障输入端口。PWM故障恢复模式仍配置为自动故障清除模式。

恩智浦:基于DSC控制器的逐波限流实现

  如果用户希望使用DSC片上CMP,同时比较器门限(iL_th+, iL_th-)由外部硬件电路产生,那么可按照下图进行配置。外部硬件电路产生的门限信号连接至带CMP输入功能的引脚,并将门限信号配置为片上CMP的同相/反相输入信号。PWM故障功能配置与上述方案类似。

恩智浦:基于DSC控制器的逐波限流实现

  逐波限流计数

  在设定时段内,触发逐波限流的次数可作为判断变换器过载/短路的依据。当触发逐波限流的次数超过上限值时,那么变换器将由逐波限流状态切换至过流保护状态。

  具体实现的程序流程如下图所示。Ctrl_ISR()为执行变换器控制算法的定频中断服务函数。CBC_ISR()为PWM故障事件触发的中断服务函数,每触发一次硬件限流,执行该中断函数一次。TimeDuration用于设置一段固定时间,OcpCnt用于计算触发限流次数。每隔一段设定时间,程序便会判断触发限流的次数,如果限流触发次数大于最大允许的限流触发次数OcpMax,变换器进入过流保护状态。

恩智浦:基于DSC控制器的逐波限流实现

  结语以上简要介绍了基于DSC片上外设的逐波限流实现策略。得益于灵活的PWM,CMP,XBAR模块,逐波限流功能可方便实现。逐波限流次数计数借助PWM故障中断实现,根据限流次数判断变换器是否过载。有关逐波限流的具体实现,请参考恩智浦双向AC/DC参考设计方案。

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