C2000系列DSP移相同步功能的缺陷

隨著功率變換技術的發(fā)展，越來越多的調(diào)制方式得到研究，目前主要的三個調(diào)制方式：脈寬調(diào)制(PWM)，頻率調(diào)制(PFM)，移相調(diào)制(PSM)。其中脈寬調(diào)制提出比較早，應用也是最為廣泛；頻率調(diào)制最典型的應用當屬LLC諧振變換器；移相調(diào)制目前主要應用于移相全橋。在我對我的課題進行實驗的時候，發(fā)現(xiàn)在閉環(huán)條件下，變換器驅(qū)動信號存在丟周期現(xiàn)象，也就是我題目中提到的移相同步功能缺陷，導致變壓器勵磁不平衡而發(fā)出噪聲。本文所提出的問題在移相全橋中并沒有出現(xiàn)，而是出現(xiàn)在改進型雙有源橋變換器(DAB)中，如下圖給出了常規(guī)DAB的拓撲結構。

對于大部分控制器，都可以完成脈寬調(diào)制和和頻率調(diào)制的工作，而能夠?qū)崿F(xiàn)移相調(diào)制的控制器較少，目前比較典型的當屬德州儀器(TI)的C2000系列DSP，目前我比較了解的是其中TMS320F2833X和TMS320F280X兩個子系列，都存在移相同步丟周期的現(xiàn)象；對于更早的240X和2812系列，我不太確定是否存在這個問題。

如圖為出問題的時候的波形，其中綠色和紅色的波形分別為原副邊兩個全橋橋臂中點的輸出電壓，紫色波形為某一開關管的驅(qū)動信號。由圖中發(fā)現(xiàn)，在觸發(fā)時刻的一個周期，開關管驅(qū)動沒有做出預期的動作，而是保持長高，導致原邊全橋的輸出矩形波缺少負電壓，此時電感電流由于向同一側勵磁時間超過設計預期，導致勵磁電感增大甚至飽和，可以聽到變壓器發(fā)出嗡嗡的聲音。

根據(jù)幾次重復實驗發(fā)現(xiàn)，出問題的時候有一個統(tǒng)一的特點，就是原副邊全橋輸出波形，存在一個邊沿剛好對齊，上圖中對齊的邊沿為0電平到正跳變的邊沿，如圖虛線標示。接下來我將對這個現(xiàn)象產(chǎn)生的原因進行著重分析。

首先要了解德州儀器TMS320F2833X/280X的移相機理：

直接貼上手冊里的圖

圖中給出了同步信號傳遞方式，當然這只是其中一個子系列的結構，其他也是類似的。每個ePWM模塊可以輸出兩路驅(qū)動波形，分別用于驅(qū)動一個橋臂的上下管，占空比均為50%并帶有死區(qū)。上一個模塊會接收一個同步信號并將其直接傳遞到下一個模塊(也有其他傳遞方式)，模塊收到同步信號后將自己的計數(shù)器設定為當前移相同步初始值，如此實現(xiàn)移相。通過不斷修改移相同步初始值即可實現(xiàn)幾路驅(qū)動的相位調(diào)整。

ePWM模塊輸出反轉的條件為，計數(shù)器與設定比較值或周期值匹配，發(fā)生匹配時可以設定輸出動作方式，可以設定為置1或置0，以及反轉。

然后總結這個問題出現(xiàn)的場景：

變換器閉環(huán)條件下出現(xiàn)，而開環(huán)從未出現(xiàn)過。

出現(xiàn)該問題時，變壓器原副邊全橋的輸出電壓某一邊沿剛好對齊。

根據(jù)以上分析，本文認為驅(qū)動信號丟失主要是由于輸出匹配邏輯引起的，由于輸出改變的條件是計數(shù)值與預設值匹配，而移相同步功能直接改變計數(shù)器數(shù)值，導致計數(shù)值剛好跳過了預設的比較匹配值，未能發(fā)生匹配，輸出因此沒有改變而維持了原有狀態(tài)。

圖中給出了驅(qū)動信號丟失時發(fā)生的具體動作，比較值CMP設定為周期PRD的一半，計數(shù)方式為單增計數(shù)。此前由于同步值小于半周期且一直沒發(fā)生變化，因此雖然每個周期都會有同步信號，但不會引起計數(shù)值的跳變，在圖中的第二個周期，移相同步預設值發(fā)生改變，由原來的小于半周期變?yōu)榇笥诎胫芷?，在同步信號到來時，將計數(shù)值從小于半周期瞬間刷新為與移相同步預設值相等，而越過了半周期的比較匹配值，使本周期驅(qū)動信號不發(fā)生變化，在外界看來就是驅(qū)動信號丟失的現(xiàn)象。

以上即為德州儀器C2000系列出現(xiàn)周期的驅(qū)動信號丟失的原因。而我們觀察到的邊沿對齊時出現(xiàn)丟失的問題是由于該時刻剛好是移相同步值與比較匹配值發(fā)生跨越的時刻，由于使用閉環(huán)控制，在穩(wěn)態(tài)附近不斷調(diào)整，出現(xiàn)反復跨越，因而頻繁出現(xiàn)驅(qū)動丟失的問題。移相全橋之所以沒出現(xiàn)這個問題，是由于它的移相角不可能達到半周期，也就不會發(fā)生移相值與比較值的跨越。

德州儀器如果希望從芯片層面解決這個問題，只需要增加比較邏輯，根據(jù)計數(shù)器當前值與比較值的大小關系確定輸出。當然，我對芯片的設計并不了解，不知道增加這一個功能大概需要多少邏輯單元及成本。