NXP 数位电源系列 - 如何使用 DSC 实现 PSFB Peak Current 控制 (2/3) - DSC 实现的 PSFB 工作方式与功能说明

先前的文章介绍了 DSC 是如何实现峰值电流模式控制 PSFB 功能,DSC 实现的现峰值电流模式控制 PSFB 具备了以下优势 :
 
  • 全桥 PWM 的相位移在比较器运作的基础上,还可以限制最大的相移角度。
  • 全桥 PWM 限制的相位移角度可以随时灵活修改,最大可以到 180 度 ( 全开 ),最低可以到 0 度 ( 全关 )。
  • 内部 DAC 可以自动产生灵活的负斜率下斜坡参考讯号。
  • 能够内部侦测目前 PWM 运作的相移角度。
  • 全桥 PWM 与 SR PWM 都可以设置可随 PWM 周期调整的 Deadtime
  • SR 控制波形可以于 PWM 固定位置在各模式间切换。
 
首先说明 PSFB 的全桥 PWM 的工作方式,全桥 PWM 是由两组含 Deadtime 并呈 50% Duty 互补的 PWM 半桥构成。其中一组半桥作为固定臂,在周期当中的开关时间是固定不变的。另一组半桥则是相移臂,随著负载的变动调整与固定臂之间的相位差,变压器的能量传输区间位于于两组 半桥对角 MOSFET 导通的交叠区。
 
在 DSC 的 PSFB 实现上,相移臂由 SR 正反器的输出讯号 Q 透过 XBAR 连接至 eflexPWM 模组,产生上下互补的 PWM 讯号来驱动 QC 与 QD。因此 QC 与 QD 的动作实际上是由 SR 正反器的输入控制的。



 
透过 DSC 实现的 PSFB 可以具备各种功能以应对各种情况,下图中说明了 DSC 实现的 PSFB 全桥 PWM 的六种工作情况。讯号说明如下:
  • QA/QB : 固定臂上臂与下臂的驱动讯号。
  • QC/QD : 相移臂上臂与下臂的驱动讯号。
  • Q : SR 正反器的输出讯号。
  • QC/QD Limiter : 由 eflexPWM 输出的触发讯号,与比较器讯号一起控制 SR 正反器。
  • QA/QB CMP : 对应 QA 与 QB 工作区间的比较器触发讯号。
  • CMP Window : 用于遮罩开关杂讯的比较器 Window 讯号。
  • Input Current : 电流采样讯号。
  • DAC_OUT : 由内部 DAC 的自动讯号产生功能输出,提供比较器进行讯号比对的参考讯号。

 
以下是各个区间的动作方式与功能说明。
  1. 相位移量为 0 的无能量输出状态 :
    在这个情况下固定臂与相移臂完全相同,因此不会有能量输出。由 DSC 上实现的 PSFB,可以透过内部的 Limiter 讯号将相移臂最大的相位移量限制到 0 来实现。
  2. 轻载下使用的相移控制模式 :
    由于电流采样需要考虑整段负载的运作范围来设计,在小电流时的采样经常不尽理想,很容易受到杂讯或 Layout 的影响,因此在电流小到一定程度时会难以用来控制使用,而需要转换成 Burst mode。而透过内部 Limiter 讯号可以在比较器未触发时调整相移臂的相移量,提供轻载下更精细的输出控制。同时将 DAC 最低输出设定在避开杂讯的电流,也可以有效的避免误动作。

  3. 相移模式过渡到电流控制模式 :
    当我们将相移量增加到电流开始触发到 DAC 的最小输出时,比较器开始提供触发讯号。比较器讯号与 Limiter 讯号是看谁先触发 PWM 转换,当比较器的讯号先出现时,时即使继续增加内部 Limiter 讯号的相移量,相移臂也会被比较器控制在比较器讯号发生的位置,也就是进入了峰值电流控制模式中。

  4. 电流控制模式 - DAC 输出被限制在最小值的情况
    DAC 透过设置 MAX、MIN、STEP 三个数值来控制负斜率使用的下斜坡波形。其中 MIN 是最低的 DAC 输出,STEP 则是控制斜坡的斜率,以上两个数值一般在控制中不做更动。MAX 值代表 DAC 开始往下的起点,也就是下图中的 DAC VAL,电压环路的输出会用来控制 MAX 值得大小,以调整变压器的电流。当周期未结束前下斜坡到达 MIN 时,DAC 输出会停留在 MIN 值上。

  5. 电流控制模式 - DAC 在一般工作模式下
    在一般工作情形下,内部 Limiter 讯号被设置在可以允许的最大相移角度上,透过 DAC 产生的下斜坡波形与比较器控制变压器的电流大小。
  6. 当 DAC 设置超过采样的电流讯号,或是电流采样讯号因故消失
    当 DAC 设置的输出过高,或是电流采样讯号因故消失导致比较器没有讯号输出时,PSFB 的波形仍会被限制在可以允许的最大相移角度上。如此一来可以避免全桥开关波形异常,或是电流过大导致 MOSFET 损坏。DSC 也可以透过其他途径例如输出电压或是输出电流来检测出异常进而使电源进入保护状态。
 
下一篇会继续介绍以 DSC 产生同步整流 MOSFET 驱动波形、以及侦测当前 PSFB 相位移角度的方式。
 
若想要知道相关的细节,请联络 Jamescl.hsu@wpi-group.com

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