妙用数字逻辑巧解多相TCM控制中的变频错相同步问题 by ETH Kolar团队

前言:

在之前研究多错相TCM时我遇到了变频时实现相位同步的问题,我经过一番思考提出了使用LPF提取开关周期长度然后根据长度的比例,在固定的25%,50%,75%等需要错相的时间点上发出同步信号,从而来实现变频时的多相位同步。在仿真中该种控制方法取得了非常不错的效果,但是我也一直在想还有没有其它更优秀的实现方式呢?其中的实现方法可见这篇文章:TCM 模式的多相交错BUCK/BOOST 控制实现与仿真

最近我仔细研究了这篇论文,参考文献1,发现其中提出了一个非常巧妙的实现方法来解决TCM控制时变频多相位同步的问题。可见下图所示:

(图一)

也许你看到这个图片会觉得不就是个RS触发器吗?平平无奇!但是容我给您介绍一下它,在多错相TCM/CRM控制中的一个难点就是如何来实现在开关频率变化时还能保证完美错相。很多人也想了很多办法,这个实现让我觉得我在前面提出的思路和它相比就是云泥之别。它优雅的通过RS触发器来得到两个相位电流的相位差的脉宽,然后使用LPF取得用来标识相位差的直流被控量,进而引入PI闭环控制器来直接控制相位差。比如在180deg的滞后系统中,在稳态情况下,两个电流ZCD的相位相差50%周期时间,所以RS触发器输出50%的占空比,那么则经过LPF则得到0.5×Vcc(RS触发器的电源VCC)的直流量,使用闭环控制器直接设定控制目标即可实时的闭环控制住相位差,确保在任何工况都准确可靠的实现闭环的多错相TCM控制。而我只是提出了使用LPF获取周期长度来固定产生0.25,0.5.0.75的flag实现多相PWM同步。这种使用闭环调整的思路,在动态负载时的相位差调节速度,与闭环控制存在关系。所以需要仔细研究和设计闭环控制器的参数,在下图论文中展示了在动态时的多相调节波形,可见不可避免的存在相位差调节问题,然后再稳定。作为对比之下,提前根据开关周期然后选择在固定的时间发出同步信号,就没有闭环调节的动态问题,这样一想,我的idea也有一点点优势。

(图二)

我根据论文中的思路,搭建的仿真测试模型,可见:

运行

放大

可见在稳态时RS触发器已经输出50%的PWM波,然后经过LPF后输出0.5V的直流电平与PI控制器的设置0.5进行比较后输出到相位调整电路,实现闭环控制。

使用该相位调整闭环控制电路应用到前不久发出的4PHASE TCM BUCK/BOOST中:

运行测试,4PHASE电流和驱动。

500V/50A~10A测试:

过渡过程相位会进行调整,但是需要时间稳定:

小结:相位调整在动态负载过渡过程中会乱是因为频率和相位以及LPF都需要建立稳态,但是在闭环的作用下能很快稳定。

参考文献:

1、Interleaved Triangular Current Mode (TCM) resonant transition, single phase PFC rectifier with high efficiency and high power density

C. Marxgut, J. Biela and J.W. KolarPower Electronic Systems Laboratory, ETH ZürichPhysikstrasse 3, 8092 Zürich, SwitzerlandEmail: marxgut@lem.ee.ethz.ch, www.pes.ee.ethz.ch 

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