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多路并联交错数字电路
作者:    来源:    时间:2018-11-23 07:54:02浏览量:

首先分析一下并联交错式电路的特点,比较常见的是并联交错式PFC电路为了方便分析这里用并联的DC-DC电路来分析。

单路分为两路

图1 单路Boost到双路并联

如图1 将一个Boost电路拆分为两个并联的Boost电路,要使两个电路等效图(b)中的电感60u要为(a)中电感30u的两倍,假设理想情况下这两个电路处理的功率相同其所用铜量和用磁量相同,并联的MOS管和二极管容量之和与单电路的相同既两个电路的成本一样。

(如果不计工艺复杂度和元件量多性两个电路的用料成本应当是一样的只是不知道如何去验证)

如果这两个电路采用同一驱动信号其结果见下图2

同信号

图2 同一驱动信号的单路双路波形

图2中并联的两路电流总和与单路的相同,两个电路的输出电压一模一样说明两个电路是不同形式的同一电路。

如果图(b)将两路驱动信号错开其结果如下

交错驱动

图3 单路同双路交错波形对比

图3中采用交错式控制后输出纹波更低了,或者说是可以采用更小容值的电容。

综上多路并联的特点之一是用料成本不增加,采用交错控制后输入输出纹波更小。

在用料成本不增加这一特点的前提下将电路分成n路并联,并联的路数越多越好这里以十路为例。将每一路的电感增加10倍每一路的电流减小为原来的1/10,电路的功率保存不变,这个十路并联的电路有如下特点:

1 交错控制输出纹波小,如果10路中每一路都相差1/10个开关周期那么输出纹波会很小甚至可以不需要输出滤波电容(可使Boost电路具有输出电流连续的特性),在汽车发动机中也是类似的应用,比如一个6.0L的发动机可用单缸驱动也可用12个0.5L的小缸交错驱动,显然后者(V12发动机)比前者的输出更平稳,就制作工艺上0.5L的缸体要比6.0L的更容易些,在开关电源中也是如此大功率、小功率的都不好做不大不小的功率容易实现。

2 容易均流,对于大电流的场合需要多个MOS管并联使用,由于MOS管自身的差异、受热不均及驱动的延迟很难实现N个管子的并联效果等于N个管子相加的效果。对于多路并联就能较容易的解决这个问题,可每一路采用独立的电流控制方式可以实现N管并联等于N管相加的效果 ,多个MOS管并联如果也采用独立控制的话不知道用什么电路才能跟得上其响应速度。

3 兼容轻、重载效率,在多缸发动机中有个技术就是在轻载的时候单缸工作,这里也可以借鉴这个方法在轻载的时候只让一路工作,如果满载时10路都工作的等效电感为L那么一路工作时的电感为10L,实现了轻载大电感重载小电感的理想模式(变电感模式)。每一路的小MOS管的寄生参数为单路大MOS管的1/10,如果轻载时只有一路工作那么开关损耗、驱动损耗将降为单电路的1/10从而提高轻载时的效率。

4 并联各支路可工作于临界模式附近,假设每一路电流为1那么这个10路并联电路可实现电流1、2、3···10的变化只需控制某一路是否工作,非整数倍的电流可微调占空比,始终保持电路工作于临界模式附近。临界模式无输出二极管反向恢复问题、动态响应快、能实现MOS管零电流开启等诸多优点。如果这10路采用交错式控制那么输出电流等效为连续模式,并且是一种没有输出二极管反向恢复问题的连续模式。

多路并联的路数越多越好但是这个并不现实,有一种方法可以解决这个问题就是采用二进制的数字模式实现一种真正意义上的数字电路。

数字电路是将模拟量变成有0、1构成的数字量的一种电路,模拟量是连续的数字量是有台阶的精度为2^n受并联路数的影响。下面先以三路数字电路为例,见图4

三路数字电路

图4 三路数字电路

如图4第零路电感为210u第一路电感105u第二路电感52.5u,三路并联的等效电感还是30u开关频率也同图1一样保持不变,通过数字化控制得到的仿真波形如下:

数字模式

图5 三路数字电路仿真波形

数字化控制采用的是000-111,111-000周期变化规律,输入电流的变化也是从零到最大再从最大到零的周期变化规律,三个支路的频率不变、临界模式不变、电流大小不变总的输入电流是由三个支路电流的数字组合构成的(相加),这样就可以把传统的变占空比或变频控制用“恒定”的数字模式来替代。

这种数字电路除了前面提到的优点外还有就是能实现高效率,其一这种并联式数字电路每一路都相当于接的是固定负载那么在设计时就可以将这一路的参数最优化实现最高效或者最高性价比,整个电路的动态变化相当于由数个最高效的点构成的曲线。其二容易实现软开关,软开关不难难的是如何在不同电压不同负载下都能实现软开关,并联数字电路将“变”的部分交给了数字“不变”的部分留给了模拟经过这样的处理就降低了软开关的实现难度。

能不能帮我仿真一下这个?

无标题

晚上我试一试,你想要仿哪些特性?

输出固定值,输入电压剧烈振荡,所有关键点的波形。

输出电容尽量小(能看到输出电压那种类似锯齿的波形),最好是去掉。

这张图是网上搜来的。

我的SABER偶尔用一下,现在连找原件都吃力。

网友1

断续、临界、连续三种模式,连续模式发生了自激震荡(运放的放大倍数为6倍)

网友2

输入电压为DC100V叠加20V正弦波的波形

网友3

输入电压为DC100V叠加20V方波的波形,当输入电压为高压时电路应当进入断续模式但这里貌似也出现了自激震荡情况(大小波?)没仔细研究过。

非常感谢啊,仿真图保存了。

客气了,这个是完全按照你提供的原理图做的仿真,实际电路估计还要增加一些元件才能达到更好的效果(输出电容太小纹波太大也是原因之一)。

产生数字信号有两种方法,一种是参考逆变的控制采用查表法不过这种方法只适用于电流波形不经常变化的场合,另一种方法是模数转换(A/D转换)将反馈的波形或者设定的波形转换成数字信号,见下图6

模数转换

图6三位A/D转换

图6中绿色曲线为参考波形红色曲线是D/A转换波形通过逐次逼近法使两个波形重叠,这个原理同运算放大器很类似不过是数字型的运放。

用图6的驱动信号驱动图4的电路的结果如下

正弦数字模式

图7三路数字电路馒头波电流波形

通过图6、图7可以看到电路的实际电流跟随参考电流,参考电流可由输出电压经反馈得到这样在电路控制上跟通常的电路没什么区别。

楼主,牛!

能否告知,你图中的N_11 N_22 N_33

以及其它图中的PWM0 PWM1 是用SABER哪个单元发出来的,

进发波单元之前的处理是如何处理的。

比如图中的N_11他的占空比变化是怎样控制的,能否讲讲一二,谢谢!

N_11 N_22 N_33是用D触发器搭的一个计数器产生的,也可以直接用saber自带的计数器或者用分频器来实现,PWM0信号为工作于临界模式的单路PWM信号同N_11信号相与得到。

这个A/D的原理是当待测信号大于D/A信号时计数器累加,计数结果通过N_11 N_22 N_33以数字的形式输出并驱动D/A转换使模拟输出逼近实际待测信号,相反当待测信号小于D/A信号时计数器累减直到D/A的模拟输出等于实际待测信号,这样就实现了数字量到模拟量的转换。

谢谢分享,用SABER自己搭建元件还不会,我要 试试先, 如果行不通再来请教楼主,谢谢!

一般PFC电路有三种实现模式断续、临界和连续模式,其中临界模式功率因数高(理论值可以达到1)效率高,电路控制简单,不过临界模式有个缺点就是为变频控制从空载到满载频率变化的范围非常大,当采用了上面的数字控制似乎就能解决这个问题。

数字PFC

图8临界模式数字PFC轻重载对比

观察图8的波形采用数字控制的PFC其控制频率在轻载和重载状态下都未发生变化只是逻辑组合上有所不同这样就可以实现比较理想的"定频"临界模式PFC。

或者采用如下数字组合方式

工频周期PFC

图9工频周期组合模式

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