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【设计竞赛】双向DCDC变换器

菜鸟
2018-03-19 22:15:17     打赏

收到microchip的开发板了,很喜庆,懒,不想发照片,今天立贴开始一个DC-DC双向变换器的设计,选型,原理图设计初稿,初步计划1周,那就是3月26日要完成,争取吧。后面会持续更新,欢迎大家关注。




关键词: 双向     DCDC     变换器。    

菜鸟
2018-03-26 23:47:24     打赏
2楼

原理图还算顺利,这个部分是双向DCDC部分,其实就是一个同步BUCK,反方向的时候就是BOOST。代码得注意直通问题。

Capture.JPG


菜鸟
2018-04-12 19:11:50     打赏
3楼

在硬件设计之余,把软件也同步进行,microchip的开发板上面,改了代码,目前实现了电压环单环控制,闭环可以了。


菜鸟
2018-04-12 20:42:41     打赏
4楼

时钟芯片采用的是DS1390-33+



菜鸟
2018-04-14 15:03:34     打赏
5楼

原理图阶段

起初比较顺利,后面发现还是有些问题,首先是我这个功能比较多,

1.      双向DCDC变换器,

2.      LCD显示

3.      LED指示

4.      时钟功能

5.      按键功能

6.      温度功能

7.      报警功能

这些功能差点让28pinMCU引脚不够用,幸好MCU功能比较强大。有效IO脚的数目多,下图是主控的电路图,细节上有可能还会有调整。

Capture.JPG


菜鸟
2018-04-22 22:21:06     打赏
6楼

把最近的一些进展整理一下吧,前段时间电路图基本完成,也发现有些功能比之前预想的要复杂了一些,所以原理图还没有完全定稿,在MICROCHIP寄过来的硬件上先完成部分功能的验证。

通过代码发现,寄过来的硬件是一个dsPIC33EP64GS506实现了两部分电路的功能,分别是同步的BUCKBOOST。开关频率是350KHz,并且是峰值电流控制模式。

我这里先对BUCK部分进行描述说明。


通过上图我们可以看到,送入到dsPIC33EP64GS506的有电压和电流反馈,但实际上电流的反馈并非使用的是ADC,而是使用的是比较器CMP1的一个引脚输入。

通过ADC1采输出电压值,然后送入到补偿器做环路运算,把运算的结果送到比较器CMP1的一端,比较器的另外一端是电流检测。

我的设计不需要用上峰值电流检测,故需要去掉比较器这个环路环节,仔细分析代码,你会发现,这个代码采用了辅助工作寄存器,MICROCHIP的辅助工作寄存器专门为数字电源环路设计的。

整个环路设计的思路是:

1、  PWM触发ADC采样。

2、  ADC采样转换完成后触发ADC中断。

3、  进入ADC中断后自动切入到辅助工作寄存器。

4、  ADC中断里面完成2P2Z的算法。

5、  2P2Z的输出送到给比较器CMP1DAC

6、  这里CMP1DAC的输出送到CMP1的一个引脚,CMP1的另外一个引脚为电流采样的输入

7、  比较器CMP1的输出控制PWM的占空比。

8、  完成整个环路的控制。

2.png

从上面代码可以看出,环路有两个输入量,一个是ADCBUF1CMP1DAC.在这里,我不需要用到CMP1,我的2P2Z的输出值用于控制PDC1。所以我在辅助工作寄存器初始化代码的部分,把CMP1映射到W2,更改为了PDC1映射到W2。如下。


1.png


菜鸟
2018-04-22 22:35:38     打赏
7楼

 

当然,完成上述更改,这里对应的环路参数也要更改,MICROCHIP在这方面可以说做的非常人性化,在XIDE的开发环境里面,有一个叫做DCDT的环路设计工具,通过使用这个环路工具,你可以极大的方便你完成环路的设计,我打开电压单环设计界面,如下。

2.png

整个单环被分成了三部分,主功率部分(硬件参数),反馈部分,补偿器部分。

我们就是通过对主功率部分的参数进行补偿,从而完成整个的设计。

DCDT的输出是补偿器A,B系数以及一些定标,缩放等。这个需要配合microchip的环路库文件进行使用。





菜鸟
2018-04-22 22:48:23     打赏
8楼

点击”Compensator”,出现以下画面。

3.png

因为我采用的是2P2Z补偿网络,故选择第二个”2P2Z Compensator”,出现以下界面。

4.png

这个界面就是需要填写补偿器的界面,从这里可以看出,DCDT是里面是可以输入零极点。

5.png

先要计算出主功率的零极点,然后对主功率的零极点进行补偿,然后从左边的波特图观察,最后输出环路参数。



菜鸟
2018-04-30 15:41:02     打赏
9楼

在最初的环路调试过程中,由于是硬件和软件交叉调试的,所以很多时候在microchip寄过来的开发板上做验证。

其中把BOOST的峰值电流控制模式切换成电压单环的控制模式的时候,保留了原来的2P2Z的补偿方式,BOOST空载的输出正常,但是一但带上负载,输出就异常,电流采样电阻就会烧毁,分析波形发现,占空比几乎打到了最大,接近100%占空比,这可不得了了,因为环路参数刚开始并没有做调整,我就猜想是否我的环路参数有问题,我利用DCDT进行环路参数的调整。

首先DCDT选择的是单环模式,输入反馈的参数如下。

43001.png

根据BOOST的小信号模型和传递函数,网上很多,这里就不累述,输入参数如下。

43002.png

在点开补偿器部分,问题就来了,首先我们可以看到波特图如下。

43003.png


菜鸟
2018-04-30 15:52:56     打赏
10楼

我们环路的稳定性判据是,以-1的斜率穿过0dB增益线,使我们的增益裕量和相位裕量都得到满足。但是实际上我们可以看出,2P2Z的波特图的斜率关系是-1,+1,-1。而BOOST的电压单环的传递函数波形可以看出,是-2(双极点产生的-2斜率),+1(输出电容的ESR的零点产生的+1的斜率上升)。那么,要能够使-1的斜率穿过0dB线是不可能,主功率双极点之前的位置是无法完成穿越的,在双极点后面穿越的点必定不是-1斜率穿越,而在ESR零点之后完成穿越也是不可能的,这样的环路带宽得高到天上去啊。哈哈。

基于这种情况,就必须抛弃2P2Z补偿,使用3P3Z补偿。



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