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[参考译文] 三相异步降压转换器的控制策略

Guru**** 2343840 points
Other Parts Discussed in Thread: POWERSTAGE-DESIGNER
请注意,本文内容源自机器翻译,可能存在语法或其它翻译错误,仅供参考。如需获取准确内容,请参阅链接中的英语原文或自行翻译。

https://e2e.ti.com/support/power-management-group/power-management/f/power-management-forum/613720/control-strategy-for-a-3-phase-asynchronous-buck-converter

主题中讨论的其他器件:功率级设计器

您好!  

我希望制作一个原型直流/直流降压转换器、用于感应加热器中的功率调节。 我选择了三相降压拓扑、因此我可以减小扼流圈尺寸并提高效率。 我将使用 Delfino MCU 和 Σ-Δ ISO ADC 来获取每个相位的电流。 我的规范是:  

输入:800V 构成一个三相升压 PFC

输出:理想情况下(0-800)实际值(100-750),同时保持10KW 的输出功率恒定。 因此、对于全功率、电流为100A (@100V)- 12.5A (@750V)。 电压和电流纹波不必满足任何严格要求。  

我的问题是、如何决定何时关闭相位以获得最佳性能-尤其是效率。 我在几个在线网站上阅读了不同的方法、我有点困惑。 是否正确地说、目标是在不进入 DCM 模式的情况下尽可能降低相电流?  

例如、如果我们的电感器纹波电流为5A。 如果我总共需要12A 峰值电流、我将使用两相(180度相移)来获得每相6A PEK、因此我仍将保持在 CCM 模式。 因为如果我使用全部三相、这意味着每相4A、转换器将进入 DCM。 但是、如果我需要50A、那么我将使用全部3个相位。  

另外、为什么 CCM 更喜欢 DCM (如果我们忽略更复杂的调节要求、因为我的系统不需要良好的动态响应)? 在 SLVA057中、它表示"需要注意的是、在正常情况下、降压功率级很少在断续导通模式下运行、但只要负载电流低于临界电平、就会出现断续导通模式。" 这是为什么?

CCM 比 DCM 更高效、还是大致相同?  

CCM 与 DCM (辐射噪声)的深度差异还有哪些? 电压过高尖峰? 他们在教科书中没有说的东西。)

此致、  

Marko  

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    您好!

    这是一个开放式问题,因为这肯定取决于交流和直流损耗。 AC 表示、我指的是磁性元件中的开关损耗、过渡损耗和磁芯损耗。 直流损耗指的是磁性元件的 FET、二极管和 DCR 中的传导损耗。 之所以依赖于这一点、是因为它们之间的比率将决定您的效率(y 轴)与负载电流(X 轴)曲线。 例如、如果您的交流损耗较低、由于所选 FET 的 Rdson 和栅极电荷之间的品质因数(FOM)以及磁芯损耗较低、通常会导致较高的直流损耗、这意味着较多的匝数会产生较高的 DCR 损耗。 与较低的直流损耗和较高的交流损耗(轻负载下的效率较低、高负载电流下的效率较高)相比、这对效率曲线的影响更大。 我之所以谈论这一点、是因为您最终希望在效率曲线因交流损耗而开始下降时进行相移。 正是在这个骤降点、它最适合切相。 如果我是您、我将设计切相电路、使其可调节、并且一旦您获得实际的效率曲线、您就可以最准确地确定何时释放负载以最大限度地提高效率。 希望这能帮助您制定未来的战略? 也许有一张照片在这里描绘了一千个字,请告诉我,你是否跟随我说的话?

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    图片上有一千个字、请参见随附内容。  希望这有道理

    e2e.ti.com/.../1447.Phase-shed-example.docx

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    大家好、我是 MarkoAnte、我忘记了我的工作登录信息。

    是的、但我如何决定电感器和电容器的值? 有任何提示吗? 我可以计算简单降压转换器的 L 和 C、但随着输出电压的变化和3个相位、我会丢失、不知道从哪里开始。 webench 能以某种方式帮助我吗?

    请您在上面的 CCM 与 DCM 问题表中提供一些信息吗? 那么、我是否会尝试始终处于 CCM 模式?

    在模拟中,我在球场上使用的是大约3x1mH 和100uF 的电流?

    此致、
    Marko Ante.
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    在给定输入电压的情况下、Webench 不会提供帮助。 但是、要确定 L 和 C、您需要先确定拓扑。 一旦您做出决定、我会将您的输出电流除以相位数、并将其视为设计的单相、然后针对您要使用的相位复制设计。 您需要从此处选择 L 和 C 值。 补偿会变得更困难、但通常有一些处理多相的材料、尤其是降压和升压的材料。 但是、考虑到输入电压、我怀疑您必须采用隔离式拓扑吗? 如果您确实打算使用隔离式拓扑、应在隔离式论坛中提出以下哪一个问题?
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    我的拓扑将是降压、用户隔离将通过 HF 变压器来实现、该变压器将谐振电路馈入感应加热器的输出端。
    您提到了什么补偿?
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    这实际上取决于您选择的控制器。 如前所述、我知道可以在800V 输入电压下工作的降压控制器吗? 但是、如果您要了解有关补偿的一般理论、请参阅以下链接。 希望这对您有所帮助?

    www.ti.com/.../slup340.pdf
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    您好!  

    此补偿主要用于模拟设计。 我将使用 MCU 来控制它。  

    此致、  

    Marko

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    Marko、您好!

    尝试 powerstage-designer 工具。

    这样、您就可以使用不同的拓扑进行实验。
    输入 Vin Vout Iout Fswitch 和一些其他参数。
    该工具建议使用最小电感、并计算功率级电压和电流。

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    o 谢谢、
    下载一个很棒的软件。 这将为我提供一些良好的值以用于仿真。

    此致、
    Marko
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    但这仍然不能回答我原来的问题,让我更好地说明一下。  假设 L = 1.5mH、对于20kHz、我得到以下结果:

    纹波 输出电压 P = 10kW P = 5kW P = 1kW
    0.125/2.9A 100V 100A (3f) 50A (3f) 10A (1f)
    0.5/6.6A 400V 25A (1f) 12.5A (1f) 2.5A (DCM)
    0.94/1.56A 750V 13A (1f) 6.5A (1f) 1.3A (DCM)

    (3f)等 显示了有多少相位可以处于活动状态、从而仍处于30% IL 纹波约束中。

    但是、假设在400V 时为5KW、我将使用三相、但我进入 DCM。 这是不可取的、对吧? 因为如果是、那么我可以进一步降低电感。

    希望这能让我的问题更加清楚。

    此致、

    Marko  

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    DCM 本身并不是一种不良的运行模式。 但是、在 DCM 模式下、峰值电流会随着电感器的减小而增大、如前所述、交流损耗会增大。 您需要知道所选电感器的损耗是多少、并确定效率曲线上的位置、以便了解在何处可以最有效地切相。
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    正如 David 提供的图表、当总系统效率开始下降时、相位应该下降。

    您可以对整个系统、PFC 前端和多相直流/直流转换器进行建模。
    了解损耗在哪里。
    创建各种负载下的效率图、以确定要开始切线的点。
    它不仅是直流/直流转换器、而且必须考虑前端的作用。

    底线是、您可以在需要时分阶段。

    DCM 运行并非不可取的。
    降压转换器的环路增益在 DCM 下会降低、从而降低其瞬态响应速率。
    但 DCM 可以更高效。

    很多时候、当 MOSFET 栅极驱动功率和开关损耗在轻负载时占主导地位时、您会开始切相。
    因此、系统相位将具有 CCM DCM、脉冲或关闭模式。

    我会创建一个灵活的设计原型、以便您可以更改组件。
    进行一些测试;效率与输入电压、输出电压与输出电流、分几个阶段并创建系统的效率图。
    在 uC 充电的情况下、它可以决定何时开始切线。

    在该过程中会有一些迭代。

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    感谢 EdWalker 的出色解释。

    那么、您在选择电感器值时会考虑什么参数? 纹波中的电流不是很重要。 随着工作和平的质量得到提高、所有"快速"的功率差异变得更加平滑。  

    如果您想寻找一个很好的降压输出电容器-价格合理的良好电容/最大纹波电流-然后选择电感器、使电容器纹波电流不超过允许的最大电流的一半、这是个好主意吗?  

    例如、假设我在20kHz 时有一个用于40A 纹波的电容器、然后我选择了一个电感器、以便纹波电流(在最坏的情况下)为20A。  

    此致、  

    Marko  

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    Marko、您好!
    组件选择本身就是一项完整的练习。
    如果您的公司有一个组件组、您应该与它们合作。
    您可能有一些首选供应商、它们将帮助指导您实现经济高效的解决方案。

    在10KW 和800V 电压下、即使具有3个直流/直流相位、您也需要高电压大电流器件、并且您的选择将受到限制。
    这可能有助于查看某些 TI 参考设计中使用的组件。

    TI 的应用领域有许多设计示例。
    www.ti.com/.../reference-designs-selection.page
    汽车 HEV EV 动力传动系是一个具有高电压大电流区域的领域。

    基于 Vienna 整流器且采用 C2000 MCU 的三相功率因数校正参考设计
    此设计是许多高功率示例之一。
    www.ti.com/.../TIDM-1000


    使用其他设计作为参考、您可以首先尝试为设计选择合适的器件。
    不要担心成本太高、首先要使设计工作起来。
    然后、一旦您拥有了一个良好的硬件平台、就可以开始清理组件、以提高成本和可用性。

    周末愉快!