1、LLC数字控制方案介绍数字控制方案介绍 DC Global DSP TeamDC Global DSP Team2内容内容1.1.数字控制芯片选型数字控制芯片选型 2.2.TI-C2000 DSPTI-C2000 DSP软硬件设计软硬件设计3.3.整流模块数字控制介绍整流模块数字控制介绍4.4.LLCLLC数字控制介绍数字控制介绍31、数字控制芯片选型l数字控制芯片供应商 ADIADI:ADuC7000,ADuC8000 基于ARM7内核单芯片解决方案，适合监控。AD采样位数及PWM精度优势不大。InfineonInfineon:XC164cM,XE164c 面向汽车电子、电机控制，载波频率较
2、低，不适合高频数字控制电源。MicroChipMicroChip:dsPIC30F、dsPIC33F DSC 主要面向电机控制、数据采集系统。可以实现开关电源PWM数字控制。SilabSilab：Si825X MCU+硬件PID，主要适合低压DC/DC，低成本数字控制器 FreeScaleFreeScale:56800/E高级混合控制器(DSP/MCU)，适合高频数字控制。与TI-C2000相当。TI：C2000 电机、电源数字控制的理想选择。特色：汇编效率高、主频高达150M，PWM配置灵活，高精度调宽调频。4Competitive Low Cost Landscape5Competitiv
3、e Low Cost Landscape(cont.)6Competitive Low Cost Landscape(cont.)78910111213141516Key New Features:60 MHz CPU Plus New Control Law Accelerator Single 3.3V supply 12-bit ratio-metric ADC with individual channel triggers 3 Analog comparators with 10-bit reference 150ps resolution on PWM Frequency Dual
4、 On-chip oscillators 64-pin or 100-pin TQFP packages Full software compatibility with current F280 xx devicesF2803x ControllersInterrupt ManagementMemory Bus Boot ROMCode securitySPISCIFlash RAMComparatorsPWMADCGPIOVREG withBOR/PORCaptureICCANSilicon Available in 2Q09SCI/LINQEPPeripheral BusCLAC28xT
5、M 32-bit DSCCPUOsc 1Osc 2Piccolo1718LLC数字控制芯片选型原则：1、实现高精度调频、乘法器。2、动态保护：逐波限流等功率保护。3、常用外设（I2C，CAN，ADC等），足够的Flash和RAM。4、性价比、供货、生命周期。因此LLC数字控制平台：目前：Tms320F2801/08预研：Tms320F28033/3519l数字电源的设计流程2、TI-C2000 DSP软硬件设计模块规格书软件需求规格总体技术方案DSP子系统方案硬件设计硬件调试软件设计软件调试软硬件集成模块测试和调试2021DSP时钟处理 DSP的时钟模块可工作于连接至片内振荡电路的不高于30M
6、HZ的基准 晶体，或工作于232MHZ范围内的一个外部振荡器旁路时钟。24062406:10MHz外部晶振，4倍频，CPU 40MHZ，cycle time 1/40M=25nS 2801:20MHz外部晶振，5倍频，CPU 100MHZ，cycle time 1/100M=10nS28016:20MHz外部晶振，3倍频，CPU 60MHZ，cycle time 1/60M=16.67nSLayout推荐推荐22lADC Modules23 External decoupling capacitors are recommended on all power pins.Analog input
7、 pins must be driven from an operational amplifier that does not degrade the ADC performance.24ADC Analog Input Impedance Model for 28xSPNA088ADC Source Impedance25_()(_0)(1)adseqdSHdTT SHTT SchxNSchx_()2.5(12)4(161)(22)adseqc ADCCLKTt_69.58055605.56adseqTnSnSuS2627lePWM Modules2829相控方式相控方式30PWM Per
8、iod芯片时钟芯片时钟(i.e.100MHz)常规常规PWM步进步进(i.e.10ns)HRPWM Micro Step(150ps)HRPWM将一个时钟周期将一个时钟周期细分更小步进细分更小步进 Called Micro Steps(Step Size=150ps)msmsmsmsmsmsCalibration LogicBackground Calibration Logic Tracks The Number Of Micro StepsPer Clock To AccountFor Variations CausedBy Temp/Volt/Process280 xx High Res
9、olution PWM(HRPWM)31323334lDSP芯片电源设计：F28xx/F28xxx DSP 有多种电源引脚，包含：CPU core supply(VDD)I/O supply(VDDIO)ADC analog supply pins(VDDA2,VDDAIO)ADC core supply(VDD1A18,VDD2A18)for F280 x/280 xx Flash programming voltages(VDD3VFL)Supply ground(VSS,VSSIO)ADC analog ground(VSSA2,VSSAIO)ADC analog/core ground
10、(VSS1AGND,VDD2AGND)数字IO和模拟3.3V：数字开关信号引入噪声，使用分开的ADC analog supply，且AD输入由运放、比较器输入；在大多数应用中，模拟电源由数字电源接一个铁氧体磁珠产生，数字信号和模拟信号布线注意分离；35lBypass CapacitorsC2000 DSP 使用CMOS技术，能得到高速的性能，CMOS电路在转换开关时驱动大电流，使得在电源回路产生电流尖刺。这些上升延和下降沿的干扰尖刺必须在传播到敏感电路前滤掉。在每一个电源和地之间使用旁路（解藕）电容来滤除这些干扰，电容尽量的靠近芯片；一般使用小的(10 nF to 100 nF)，低ESR陶瓷
11、电容；或者根据噪音频率，浪涌电流和最大的纹波电压由下面的公式来计算：模拟电源引脚增加解藕电容有助于减少进入模拟电路的电源噪音：36lGround 因为每一个数字信号都通过地形成一个回路，地是一个关键的信号；最好是有一层地；基本原则是信号及其回路一起走且等长；避免大环路；如果板上有ADC电路，最好将ADC的地分开走；1、In general,using ground planes is the best way to set up grounding systems for high-resolution ADCs;2、Ground plane return paths provide as l
12、ow an impedance as possible;3、Where the use of ground planes is not possible using wide,short traces for ground returns is recommended to keep the ground impedance low;4、Single point,wide trace to connect Analog and Digital ground planes;37建议布局建议布局 Do not route a signal referenced to digital ground
13、over analog ground and vice versa.The return current cannot take the direct way along the signal trace and so a loop area occurs.Furthermore,the signal induces noise due to crosstalk into the analog ground plane,which can result in unstable ADC readings.If your board has different layers for digital
14、 and analog ground,do not overlap the analog to digital planes.38PWM：上电初始状态ADCIN：RC滤波器件靠近端口JTAG：正确的上下拉，离DSC引脚不超过6英寸CAN、SCI、I2C TMS320C2000系列DSP最小系统电路CBB Spraas1：Hardware Design Guidelines for TMS320F28xx and TMS320F28xxx DSCs39lDSP芯片及其开发工具的选择：使用开发工具的目的是为了调试DSP系统的软硬件。选择一个适合的开发工具,对加快开发进度、保证开发质量有很大的帮助。
15、DSP的开发工具：汇编语言工具、硬件仿真器(emulators)、软件仿真器(simulator)、C编译器、DSP入门套件(DSK，DSP Starter Kit)、评估模块(EVM，Evaluation Module)等。40l在系统的开发调试过程中，硬件使用了XDS510仿真器。所有的仿真及测试，程序烧录均通过XDS510仿真器与单板中的JTAG(Joint Test Action Group，联合测试行动组合)；接口14座的管座,两排，每排七个引脚）来完成。lDSP调试烧录软件：Code Compiler Studiol烧录下载：CCS、SDFlash、CAN、SCI、SPI41 从源
16、代码编写到代码固化的操作过程 编程：利用文本编辑器编写源程序（c、asm、h）和链接时进行程序定位所需的命令文件*.cmd进行汇编操作：得到目标文件*.obj进行链接操作：得到COFF目标文件*.out程序烧录：通过JTAG接口将*.out文件代码烧录到DSP内部的闪速存储器(FLASH)中；仿真与测试：将PC、仿真器、用户系统三者连接起来,对用户系统进行在线实时仿真、测试与检查,若发现问题,应及时纠正,重新进行编译、链接、烧录与仿真测试,直到,满足系统设计的性能指标和要求；42lSPRC191：setup_DSP280 x_v16043lSPRS145：TMS320Lx240 xA DSP
17、ControllerslSPRS230：TMS320Lx280 xA DSP ControllerslSPRU018：TMS320C1x/C2x/C2xx/C5x Assembly Language Tools Users GuidelSPRU357：TMS320LF/LC240 xA DSP Controllers Reference Guide（System and Peripherals）lSPRU328：Code Composer Studio Users GuidelSPRU430d：TMS320C28x DSP CPU and Instruction Set Reference G
18、uidelSPRA289：Configure PWM Outputs of F240 With Dead Band for Different Power DeviceslSPRA493：How to Interface C and Assembly Language with the TMS320 Floating Point C Compiler443、整流模块数字控制介绍454647l程序框架：主程序：系统及参数初始化、软启动、采样、逻辑、控制、通讯（SCI、CAN、I2C）中断程序：定时、采样、环路运算、PWM驱动控制、快速保护48lProgram Architecture MAIN
19、FUNCTIONInitializationOutput CharacteristicA/D&IOSCI CommunicationAddress IdentificationCAN CommunicationLoad SharingINTERRUPTFUNCTIONLoop calQuick protectEtc.494、LLC数字控制介绍输入电压：85300Vac输出电压：5842Vdc最大功率:1000W频率范围：150K360K谐振频率：220K额定状态：405Vpfc/53.5VdcR48-1000 Output voltage v.s.Output current at max.P
20、ower 1000W01020304050600510152025For R48-1000 Output Current(A)Output Voltage(V)250.0275.0300.0S1S2S3S4S50.0%10.0%20.0%30.0%40.0%50.0%60.0%70.0%80.0%90.0%100.0%of output current/powerVacVoR48-1000 Output current/pow er vs.Vac 264Vand Vo 48V at Tem p 4590.0%-100.0%80.0%-90.0%70.0%-80.0%60.0%-70.0%50.
21、0%-60.0%40.0%-50.0%30.0%-40.0%20.0%-30.0%10.0%-20.0%0.0%-10.0%50515253)(*11TTsTsTTTsTsf150182.86*(2.86150)psfHzususps l利用高精度调频步进：lTs=350kHz lTs=200kHz l基本的调频步进：lTs=350kHz lTs=200kHz 15065*(5150)psfHzususps 1012222.86*(2.8610)nSfHzususns 104005*(510)nsfHzususns54A D CEPW M 3G Ge en ne er ra at to or
22、rC ANC ontrollerTM S 320F2801VacIpfcVpfcVdcIdcM1T U1TD Dr ri iv ve er rP PF FC Cv vo ol lt ta ag ge es se et tP PF FC CV Vo ol lt ta ag ge ec co on nt tr ro ol ll le er rP Po ow we er rl li im mi it te ed dVpfcVacIpfcIpfc_refP PF FC CC Cu ur rr re en nt tc co on nt tr ro ol ll le er r l li im mi it
23、te eD Du ut ty y2rm sVKmPFCEpwm3AD DC CD DC CV Vo ol lt ta ag ge eS Se et tD DC CD DC CV Vo ol lt ta ag ge ec co on nt tr ro ol ll le er rL Li im mi it te eP Po ow we er rD DC CD DC C P Po ow we er rc co on nt tr ro ol ll le er rL Li im mi it te eP Pu ul ls se e D Du ut ty yf fr re eq qu ue en nc cy
24、 yVdcPower_RefPowerP FM/P W MG eneratorEpwm3A D river_Epwm1A_Epwm2AEpwm1A Epwm2AEpwm1AEpwm2APFC_OCPGPIO13/TZ2DC_OVPDC_OCPGPIO30/CANRXAGPIO31/CANTXACANRXXCLKIN(20MHz)/RESETJTAGGPIO14GPIO15XCLKIN/XRSFAN ERRORGPIO203.3V 1.8V PowerADCREFIN(2.048V)ADCREFINECAP1_PWM/GPIO24FAN PWMA AC C v vo ol lt ta ag ge
25、 e O OV VP P&U UV VP P、P PF FC CO OV VP P&O OC CP P、D DC CD DC C O OV VP P&O OC CP PO ther M ain Function:sam ple&displaycalculation,soft start,rectifier protects&alarm,load sharing,firm w are dow nload andcom m unication.WD_GREENYELLOWGPIO6GPIO8GPIO7REDGREENGPIO9GPIO11GPIO12RlyGPIO23TESTP2GPIO26GPI
26、O32GPIO33/WPSCLSDAGPIO34GPIO29GPIO18Pull upRlyInputDcShotLrCrLpV+V-OvRlyA D CVsetVpfc_FltCANDrvGPIO22OvRly55562222115.0srrssrrffffQsffLmLnVpfcVoutMrroutosCLVnPQ2228PFC调压方案：调压方案：原因：频率的变化导致器件应力变化较大，例如谐 振电感的电流，谐振电容的电压，变压器的励磁电流等，特别是磁性器件的设计比较困难。目的：尽量提高效率和动态特性，全负载ZVS 额定工作频率设计为谐振频率附近。根据谐振电容、Bmax和磁损公式：srrrm
27、spfccrfCIVV222maxsesFofANVVB2maxmax()()()()(2)abscorecveeeboFcveabb aesesfBPP VfBVVP VfN AfVmax=58，提高PFC电压，工作频率变大谐振电容：与工作频率反比变压器：磁芯温度和磁损与工作频率成反比57额定点（53.5V）谐振电感电流波形 低压（42V）谐振电感电流波形 1、工作频率增大，谐振电感的电流波形会发生非正弦畸变，使流过谐 振电感的电流高频谐波含量迅速上升，谐振电感和主变的绕组交流损 耗增大，导致谐振电感在低压下的温度远高于额定工作点。2、数字控制发波频率的限制，导致低压轻载必须采用PFM和PWM两种控 制模式。会导致两个问题：首先：PWM态区间存在增益非单调，给杂音的处理带来了很大的困难。其次：PWM硬开关导致谐振电感热设计比较困难，特别是低压外特性！涉及问题：1、掉电保持时间。2、调压方案与源动态3、满载调压若工作频率不变，比如输出电压变小，Q变大，会导致直流 增益偏小！rroutosCLVnPQ2228End！Thanks!
