芯文芯事丨基于RH850/P1x的雙向DC-DC變換器設(shè)計(jì)

圖1BDC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

基本的非隔離BDC變換器拓?fù)涫巧龎杭?jí)和反并聯(lián)連接的降壓級(jí)的組合，其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖26相BDC拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

為了提高功率密度，在高功率密度BDC變換器應(yīng)用中發(fā)明了更小電感的多相電流交錯(cuò)技術(shù)，其具有較小的器件電流應(yīng)力和更高效率的優(yōu)點(diǎn)。圖2所示是6相非隔離BDC轉(zhuǎn)換器拓?fù)?，相開關(guān)為60度相移控制，總電流紋波將變得相對(duì)較小，因此使用小電容在低壓側(cè)和高壓側(cè)都可承受電壓紋波。

圖36相12路移相互補(bǔ)PWM波形圖

圖4BDC系統(tǒng)框圖

圖4是使用RH850/P1M實(shí)現(xiàn)BDC的系統(tǒng)框圖。主要使用到RH850/P1M內(nèi)部如下的模塊和功能：

A、TSG30和TSG31定時(shí)器模塊：產(chǎn)生6相12路移相互補(bǔ)PWM，每相PWM的占空比獨(dú)立可調(diào)；在上橋臂PWM高電平中間點(diǎn)觸發(fā)ADC采樣；

B、TAUD定時(shí)器：在上橋臂PWM高電平中間點(diǎn)觸發(fā)ADC采樣；

C、PIC1A內(nèi)聯(lián)模塊：保持TSG30、TSG31、TAUD0、TAUD1定時(shí)器同步；

D、PIC2B內(nèi)聯(lián)模塊：A/D觸發(fā)設(shè)定；

E、ADCD模塊：A/D采樣電流、電壓等模擬信號(hào)，觸發(fā)DMAC傳輸；

F、DMA模塊：自動(dòng)傳輸A/D采樣結(jié)果到RAM。

圖5HSP-PWM工作時(shí)序圖

為了產(chǎn)生BDC需要的移相PWM，將使用到TSG3模塊的HSP-PWM高精度移相PWM模式，圖5是單個(gè)TSG3x模塊的HSP-PWM工作模式的時(shí)序圖，單個(gè)TSG3x模塊可以產(chǎn)生3相移相互補(bǔ)PWM。

圖6A/D觸發(fā)設(shè)置框圖

為了保證BDC控制的精度，通常會(huì)在每相的上橋臂PWM高電平中間點(diǎn)觸發(fā)A/D采樣，圖6是TSG3的A/D觸發(fā)設(shè)置框圖。

為了補(bǔ)充TSG3的A/D觸發(fā)點(diǎn)，使用TAUD定時(shí)器增加2個(gè)A/D觸發(fā)點(diǎn)，因此最多6個(gè)觸發(fā)點(diǎn)設(shè)置如下：

TSG30DCMP0E:1st phase

TSG30DCMP1E:2nd phase

INTTAUD0I7:3rd phase

TSG30DCMP0E:4th phase

TSG30DCMP1E:5th phase

INTTAUD1I7:6th phase

圖76相移相互補(bǔ)PWM波形圖

圖7是6相移相互補(bǔ)PWM輸出時(shí)，其中H1、H2、H3和L1通道的波形圖，可以看到H1、H2、H3通道之間保持移相，H1和L1通道之間包含死區(qū)時(shí)間。

圖86相移相互補(bǔ)PWM電流采樣點(diǎn)

圖8是6相移相互補(bǔ)PWM輸出時(shí)，其中H1、H2、H3和電流采樣點(diǎn)的波形圖，可以看到H1、H2、H3通道之間保持移相，在H1和H2高電平中間點(diǎn)觸發(fā)A/D采樣。

圖9DMAC傳輸完成時(shí)序圖

圖9是DMAC完成傳輸A/D轉(zhuǎn)換結(jié)果的時(shí)序圖，在每10個(gè)PWM周期后完成自動(dòng)搬運(yùn)數(shù)據(jù)，滿足設(shè)計(jì)要求。

本文分析了BDC基本原理，并基于瑞薩電子RH850/P1x開發(fā)了BDC的系統(tǒng)方案，重點(diǎn)闡述了BDC中移相互補(bǔ)PWM產(chǎn)生、控制，以及相電流自動(dòng)采樣和自動(dòng)傳輸?shù)葘?shí)現(xiàn)機(jī)制，實(shí)驗(yàn)證明RH850/P1x非常適合BDC的應(yīng)用。