基于DSC控制器的逐波限流實(shí)現(xiàn)

逐波(CBC, Cycle-By-Cycle)限流功能常用于限制逆變器輸出電流，防止逆變器加載過程中輸出過流從而損壞硬件電路。本文簡要介紹基于DSC片上外設(shè)實(shí)現(xiàn)逐波限流的具體策略。

DSC外設(shè)簡介

實(shí)現(xiàn)逐波限流功能，需要使用DSC片上的PWM，CMP，XBAR模塊。

PWM模塊用于產(chǎn)生開關(guān)電源控制所需的PWM信號(hào)。PWM內(nèi)部集成故障保護(hù)功能，每個(gè)PWM模塊共包含8個(gè)故障信號(hào)輸入端口。PWM故障端口既可連接至DSC片外故障信號(hào)，也可通過XBAR連接至DSC片上信號(hào)。任意一個(gè)故障信號(hào)均可用于關(guān)閉指定通道的PWM信號(hào)輸出，從而實(shí)現(xiàn)硬件保護(hù)或限流功能。

PWM故障恢復(fù)模式共有以下幾種：

自動(dòng)故障清除模式(FCTRL[FAUTOx=1])

故障消失后，PWM信號(hào)在下半個(gè)/一個(gè)PWM周期起始處自動(dòng)恢復(fù)輸出，配置FSTS[FHALFx]和FSTS[FFULLx]位設(shè)置恢復(fù)時(shí)刻。

手動(dòng)故障清除模式(FCTRL[FAUTOx=0])

● 使能安全模式(FCTRL[FSAFEx=1])：軟件清除故障標(biāo)志位FSTS[FFLAGx]，若故障端口上故障信號(hào)消失，PWM信號(hào)在下半個(gè)/一個(gè)PWM周期起始處自動(dòng)恢復(fù)輸出，配置FSTS[FHALFx]和FSTS[FFULLx]位設(shè)置恢復(fù)時(shí)刻。

● 禁用安全模式(FCTRL[FSAFEx=0])：軟件清除故障標(biāo)志位FSTS[FFLAGx]，PWM信號(hào)在下半個(gè)/一個(gè)PWM周期起始處自動(dòng)恢復(fù)輸出，配置FSTS[FHALFx]和FSTS[FFULLx]位設(shè)置恢復(fù)時(shí)刻。PWM恢復(fù)輸出不受故障端口上信號(hào)狀態(tài)的影響。

CMP為DSC片上比較器模塊，其內(nèi)部集成8位DAC，DAC輸出可配置為比較器同相端或反相端的輸入信號(hào)，用戶可通過配置寄存器調(diào)整DAC輸出電壓。CMP同相/反相輸入端口信號(hào)均可通過配置8選1多路復(fù)用器選擇。

XBAR為內(nèi)部外設(shè)互聯(lián)模塊，便于用戶使用多個(gè)外設(shè)進(jìn)行配合，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜功能。

逐波限流原理

下面結(jié)合示意圖，簡要介紹逐波限流的實(shí)現(xiàn)原理。當(dāng)電流iL小于電流門限值(Threshold)時(shí)，PWM信號(hào)正常輸出；當(dāng)iL超過Threshold時(shí)，比較器CMP輸出翻轉(zhuǎn)至高電平，PWM輸出快速翻轉(zhuǎn)至低電平，隨后iL逐漸降低。進(jìn)入下一個(gè)PWM周期后，如果此時(shí)iL低于Threshold，那么PWM恢復(fù)輸出高電平；如果iL仍大于Threshold，那么PWM信號(hào)依然保持為低電平。以上就是逐波限流功能的基本邏輯，在該模式下，通過硬件關(guān)斷PWM輸出信號(hào)，電流始終被限制在允許范圍內(nèi)。

逐波限流實(shí)現(xiàn)

下圖為基于DSC片上CMP和PWM模塊實(shí)現(xiàn)逐波限流的系統(tǒng)配置框圖。iL為交流電流，因此需要兩個(gè)CMP模塊，分別用于限制交流正負(fù)半周期的電流最大值。限流門限值可通過配置CMP內(nèi)部集成的DAC的相關(guān)寄存器進(jìn)行設(shè)置。兩個(gè)CMP的輸出信號(hào)通過配置XBAR連接至PWM模塊的故障信號(hào)輸入端口。PWM故障恢復(fù)模式配置為自動(dòng)故障清除模式。當(dāng)FSTS[FHALFx]配置為1時(shí)，PWM輸出信號(hào)在半周期起始處恢復(fù)，半周期時(shí)刻由PWM[SMxVAL0]決定，用戶可根據(jù)需要將半周期時(shí)刻配置為PWM周期內(nèi)的任意時(shí)刻；當(dāng)FSTS[FFULLx]配置為1時(shí)，PWM輸出信號(hào)在PWM周期起始處恢復(fù)。

如果用戶希望使用外部CMP，可按照如下框圖進(jìn)行配置。外部CMP的輸出信號(hào)可直接連接至PWM的故障輸入端口，或者通過XBAR連接至PWM的故障輸入端口。PWM故障恢復(fù)模式仍配置為自動(dòng)故障清除模式。

如果用戶希望使用DSC片上CMP，同時(shí)比較器門限(iL_th+, iL_th-)由外部硬件電路產(chǎn)生，那么可按照下圖進(jìn)行配置。外部硬件電路產(chǎn)生的門限信號(hào)連接至帶CMP輸入功能的引腳，并將門限信號(hào)配置為片上CMP的同相/反相輸入信號(hào)。PWM故障功能配置與上述方案類似。

逐波限流計(jì)數(shù)

在設(shè)定時(shí)段內(nèi)，觸發(fā)逐波限流的次數(shù)可作為判斷變換器過載/短路的依據(jù)。當(dāng)觸發(fā)逐波限流的次數(shù)超過上限值時(shí)，那么變換器將由逐波限流狀態(tài)切換至過流保護(hù)狀態(tài)。

具體實(shí)現(xiàn)的程序流程如下圖所示。Ctrl_ISR()為執(zhí)行變換器控制算法的定頻中斷服務(wù)函數(shù)。CBC_ISR()為PWM故障事件觸發(fā)的中斷服務(wù)函數(shù)，每觸發(fā)一次硬件限流，執(zhí)行該中斷函數(shù)一次。TimeDuration用于設(shè)置一段固定時(shí)間，OcpCnt用于計(jì)算觸發(fā)限流次數(shù)。每隔一段設(shè)定時(shí)間，程序便會(huì)判斷觸發(fā)限流的次數(shù)，如果限流觸發(fā)次數(shù)大于最大允許的限流觸發(fā)次數(shù)OcpMax，變換器進(jìn)入過流保護(hù)狀態(tài)。

結(jié)語

以上簡要介紹了基于DSC片上外設(shè)的逐波限流實(shí)現(xiàn)策略。得益于靈活的PWM，CMP，XBAR模塊，逐波限流功能可方便實(shí)現(xiàn)。逐波限流次數(shù)計(jì)數(shù)借助PWM故障中斷實(shí)現(xiàn)，根據(jù)限流次數(shù)判斷變換器是否過載。