如何正確選擇雙向轉(zhuǎn)換器控制方案

48V-12V雙電池電源系統(tǒng)正普通用于輕度混合動力電動車。車輛的動態(tài)工作條件可能需要在兩個(gè)電池軌道之間來回傳送高達(dá)10kW的電功率。由于移動車輛中的各種操作情況，控制一個(gè)方向或另一個(gè)方向上的功率流需求可以說是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的任務(wù)，需要數(shù)字控制方案的智能。因此，當(dāng)領(lǐng)先的汽車制造商和一級供應(yīng)商開始開發(fā)48V-12V雙向電源轉(zhuǎn)換器時(shí)，大多數(shù)都采用了全數(shù)字方法。

全數(shù)字解決方案成本昂貴，因?yàn)樗鼈冃枰S多離散的模擬電路。這些模擬電路包括精密電流檢測放大器、功率MOSFET柵極驅(qū)動器、監(jiān)視和保護(hù)電路等。由于電路板上的設(shè)備數(shù)量龐大，離散解決方案顯得笨重且不可靠。為了減少解決方案尺寸和降低成本，同時(shí)提高性能和系統(tǒng)級可靠性，一些一級供應(yīng)商正在尋找一種混合架構(gòu)，其中微控制器處理更高級別的智能管理，且高度集成的模擬控制器實(shí)現(xiàn)電源轉(zhuǎn)換器級。在這篇博文中，我將討論如何確定這種模擬控制器的最合適的控制方案。

控制電路包括：

• 增益為50的電流檢測放大器，通過方向指令DIR（“0”或“1”）進(jìn)行方向轉(zhuǎn)向。

• 跨導(dǎo)放大器用作電流環(huán)路誤差放大器，在非反相引腳施加參考信號（ISET），以設(shè)置相位直流電流調(diào)節(jié)值。

• PWM比較器。

• 與HV-Port電壓成比例的斜坡信號。

• 由DIR控制的轉(zhuǎn)向電路，用于施加PWM信號以控制Q1或Q2作為主開關(guān)。

• COMP節(jié)點(diǎn)處的環(huán)路補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。

Rcs感應(yīng)電感電流，且信號被放大50倍。該信號被發(fā)送到跨導(dǎo)放大器的反相輸入，導(dǎo)致COMP節(jié)點(diǎn)處的誤差信號，該節(jié)點(diǎn)也是PWM比較器的非反相輸入的節(jié)點(diǎn)。比較誤差信號和斜坡信號產(chǎn)生PWM信號。由DIR命令控制，PWM信號可控制Q1進(jìn)行降壓模式操作，并強(qiáng)制電流從HV端口流向LV端口，或當(dāng)發(fā)送到Q2時(shí)，反轉(zhuǎn)電流流動的方向。

圖1：TI專用平均電流模式控制方案的雙向電流轉(zhuǎn)換器

操作模式

電廠傳遞函數(shù)

降壓模式：電流從HV端口流向LV端口

升壓模式：電流從LV-端口流向HV-端口

表2：變流器功率裝置傳遞函數(shù)（KFF是斜坡發(fā)生器系數(shù)；Vramp= KFF×VHV-端口；Rs是沿著功率流路徑的有效總電阻，不包括Rcs）

表2所示為新控制方案的優(yōu)點(diǎn)。電廠傳遞函數(shù)對于雙向操作是相同的，它是一階系統(tǒng)。此外，傳遞函數(shù)與諸如端口電壓和負(fù)載電流水平的操作條件無關(guān)。因此，應(yīng)用單個(gè)II型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)將在所有工作條件下始終穩(wěn)定雙向轉(zhuǎn)換器，大大簡化了實(shí)際電路的運(yùn)用，并提高了性能。

TI的專有平均電流模式控制方案適用于汽車48V-12V雙向電流控制器。它需要單個(gè)II型補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)來覆蓋雙向操作，而不管操作條件如何。電流調(diào)節(jié)精度——盡管存在電感公差，但均勻共享高功率等的自然的多相并聯(lián)操作將大大簡化高性能的雙向轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)。TI在LM5170-Q1多相雙向電流控制器中實(shí)現(xiàn)了這種控制方案。閱讀博文“雙電池系統(tǒng)中的汽車48V和12V電源互聯(lián)”，了解如何克服設(shè)計(jì)混合電動車電源的挑戰(zhàn)。