移相全桥DC-DC变换器快速设计与开发

 

前文中我们分享了移相全桥电路的设计与电路建模仿真，本篇将基于PPEC-86CA3A移相全桥数字电源控制芯片以及PPEC Workbench开发软件带领大家进行实际移相全桥DC-DC变换器的设计与开发。

移相全桥变换器设计与开发 

一、 外围电路设计与硬件平台搭建外围电路设计

这里给出了PPEC-86CA3A移相全桥数字电源控制芯片的采样、PWM驱动以及硬件保护等外围电路设计图，大家可参考上图进行外围电路搭建与连接。

硬件平台搭建

移相全桥DC-DC变换器的硬件测试平台如图：

大家可根据前文介绍的参数设计方法进行电源拓扑的器件选型，再按照外围电路设计图搭建PWM驱动电路、采样电路以及保护电路并与电源控制核心进行连接。
 

二、
移相全桥快速开发

1、在PC端安装PPECWorkbench软件，并将电源控制核心PPEC-86CA3A与PC端进行连接；

2、新建工程

打开PPEC Workbench软件，点击起始页“新建工程”或左侧工作栏“新建”按钮，进入工程项目新建导航页。

选择“移相全桥（PFSB）”拓扑。

3、设置控制参数

▍工作模式：可以选择“恒压”输出以及“恒流”输出两种模式；

▍设定电压/设定电流：“恒压”模式下电源的输出额定电压/“恒流”模式下电源的输出额定电流；

▍限定电流/限定电压：“恒压”模式下电源的输出最大电流限值/“恒流”模式下电源的输出最大电压限值；

▍PWM频率：PWM信号的开关频率；

▍PWM死区时间：移相控制过程中PWM信号的死区时间；

▍KP/KI：PI环路中的比例系数/PI环路中的积分时间常数；

▍设定电压上限：设定电压/限定电压的设置最大值；

▍设定电流上限：设定电流/限定电流的设置最大值。

这里以恒压工作模式为例，设定电压100V，限定电流2A，其他参数可参考上图进行设计。

4、设置启动参数

设定主继电器闭合电压阈值以及主继电器闭合时间。

当检测电压大于“主继电器闭合电压阈值”时，经过"主继电器闭合时间"继电器自动闭合，参数可参考上图进行设置。

5、设置保护参数

设置输入欠压、输入过压、输入过流、输出过压、输出过流、输出过载的保护阈值，可参考下图进行设置。

当检测到某一参数超过设定的保护阈值时，电源控制核心会停止PWM输出，同时PPEC Workbench故障信息栏会显示具体的故障信息。

6、选择通讯端口

若存在设备连接可在端口号下拉菜单里进行端口选择，若不存在设备连接则端口号下拉为空。

本例中的通讯端口为“COM3”。点击“完成”新建移相全桥工程。

7、设备连接

点击左侧工作栏“连接”按钮,初次连接需要设置密码，一般为6位数字，初始密码为“666666”。

8、参数下发

击工作栏“下发参数”按钮将已选择的参数一键下发至芯片，右键“下发参数”按钮可进行下发参数的勾选，可以选择部分参数进行下发。

待下发状态进度条加载完毕即完成参数下发。

9、调试

点击工作栏“调试”按钮进入调试界面。

调试界面可进行开环调试、采样校正、运行参数显示、控制参数设置、故障信息显示以及实时波形显示。

功能验证一、采样校正

为了实现采样值与实际值的匹配，需通过设置采样的增益与偏置进行校正，这里以输出电压为例：

1、在电源设备非运行状态，外部稳压源连接到设备输出电压采样端；

2、调节外部电压源输出电压，记录两组不同的软件采样值与万用表测量的实际值；

3、在PPEC Workbench软件调试界面点击“采样校正”；

4、在①区切换到输出电压通道，在左侧（②、④）填入实际值，右侧（③、⑤）填入相应的采样值；

5、点击“校正”按钮，采样校正完成。

二、保护功能验证

在电源设计阶段已经对保护阈值进行设置，可点击工作栏“设置”按钮进行保护阈值的查询或修改。

为保障设备安全运行，在调试前对保护功能进行验证，这里以“输出过压保护”的功能验证为例：

1、在电源设备非运行状态，外部稳压源连接到设备输出电压采样端；
 

2、调节外部电压源输出至大于设定输出过压保护阈值（400V）的电压；

3、观察PPEC Workbench的故障信息栏是否显示“输出过压”故障信息。

设备其他的保护功能可参照上面的方法进行验证。

三、开环调试

在PPEC Workbench软件调试界面点击“开环调试”。在开环调试界面内对“移相角度”、“波形数量”和“PWM频率”进行设置，具体参数定义如下：

▍移相角度（0~359.9度）：滞后臂与超前臂相差角度，取值范围为0~359.9度；

▍波形数量（0~65K）：PWM脉冲数量，PWM到达脉冲数量后停止输出，设置0时则为连续输出模式，大于0则为脉冲输出模式；

▍PWM频率：PWM输出频率，取值范围0~100kHz。

这里采用连续输出模式进行开环调试操作：

①首先设置移相角为90度，脉冲数量为0，PWM频率为20KHz，点击“输出”按键，利用万用表测量输出电压；

②然后调整移相角度为180度，用万用表测量输出电压。

两次操作的输出电压如图，移相90度输出电压为28.3V，移相180度输出电压为55.9V，符合开环输出移相控制规律。

四、闭环调试

开环验证无误后，点击PPEC Workbench软件设备控制区的“运行”按钮，并利用万用表测量输出电压。

如上图所示：设定电压100V，闭环输出电压稳定在99.7V，闭环调试结果符合预期。

同样，可以按照上述步骤进行恒流电源的设计与调试，这里就不再赘述，输出1A的恒流源的闭环调试结果如上图。

完成调试之后，可通过工作栏“固化参数”功能将工程参数写入到PPEC-86CA3A芯片中，参数保存不受芯片掉电影响。然后可点击工作栏“保存”按钮将工程参数保存至本地。

以上就是利用PPEC-86CA3A进行移相全桥变换器的设计与开发的全部过程了，真的是非常的简单便捷。接下来就带大家了解一下今天我们用到的研发黑科技！

研发黑科技一、PPEC-86CA3A

PPEC-86CA3A是一款应用于移相全桥电源拓扑的电源控制芯片，其内部囊括电力电子核心算法，可为电源研发企业提供稳定可靠的隔离型DC/DC控制方案。

二、PPEC Workbench

PPEC Workbench软件是武汉森木磊石科技有限公司研发的图形化编程平台，配合PPEC系列控制核心使用。

其采用菜单式配置模式，设计流程清晰明了，参数观测清晰直观，无需代码编程即可实现电源的参数设计与开发，降低了电源开发门槛，为电源研发企业降本增效。