前言：周末找大佬借了一臺BODE100頻率響應(yīng)分析儀使用，對基于TSC電流模式諧振變換器的loop gain進行了測試，我以為這個控制實現(xiàn)最低也應(yīng)該是K級別的穿越頻率，但是實際測試起來發(fā)現(xiàn)僅220Hz//PM45deg。可見下圖所示，這個引起了我的一些思考，是控制器的參數(shù)設(shè)置不合理嗎？
測試環(huán)境：
目前在DSP中配置為80KHz的ADC采樣，采樣完畢后進入EOC中斷程序，進行閉環(huán)控制。閉環(huán)控制僅由一個PI來實現(xiàn)，PI的輸出直接給到PWM寄存器作為TSC的控制對象TD來做控制變量的更新。從套路上來看基本是正確的，沒什么大問題的，但是測試的loop gain確實非常低，但是我把閉環(huán)控制器PI的的傳遞函數(shù)和BODE100測試的數(shù)字放在一起進行對比后發(fā)現(xiàn)，TSC的功率級的傳遞函數(shù)模型，確實是一階的模式，因為增益曲線上沒有看到二階模型存在的增益尖峰，這也是符合在simlpis中的分析結(jié)果，已經(jīng)諸多論文和文獻中的反復(fù)闡明。
上圖中，藍色為直接測試的loop gain，可當中數(shù)字控制的電流型LLC包含反饋的開環(huán)傳遞函數(shù)，黃色為閉環(huán)控制器所使用的PI控制器。經(jīng)過對比可以看到loop gain的相位在低頻起點是從90deg開始，然后在300Hz附近因為PI控制器的零點把相位提升了起來，所以可看到相位的提升。從loop gain的增益曲線來看，功率級的被控對象的模型在低頻處增益極低，考慮到PI提升的低頻增益，它應(yīng)該是-30dB。所以如果要繼續(xù)提升增益可以直接加大PI控制器的增益，來把Loopgain的穿越頻率直接往高頻移動，這是最簡單粗暴的調(diào)節(jié)方法。 但是仔細考慮后也想到了一個關(guān)鍵問題，在ST提出TSC的這篇論文中提到了TSC的振蕩器的調(diào)制增益的計算方法，但是這里是基于模擬的實現(xiàn)。如果換算到數(shù)字控制中，因為使用PWM周期計數(shù)器的周期達到700個點，所以計算Gmod的話，這個是一個非常非常小的值。它主要表示了閉環(huán)控制器輸出的PWM周期點數(shù)對功率級上開關(guān)頻率的影響能力。下圖中的公式不方便直接替換到數(shù)字中計算Gmod，但是考慮DFC的LLC中數(shù)字控制的調(diào)制增益的計算：1000個PWM計數(shù)器點對應(yīng)100KHZ，則可計算GMod = 1e3/100e3 = 0.01，那么在設(shè)計DFC環(huán)路時就需要考慮頻率調(diào)節(jié)器的增益對整個loop gain的影響。因此，我可以基于上訴分析與推測，數(shù)字電流模式TSC在低頻處掃描到這么的增益，很大可能是因為Gmod的增益很低，這兩個乘進去后就看到這個低頻處低增益的效果，不過怎么說，頻率控制系統(tǒng)建模應(yīng)該和PWM控制模式一樣考慮到調(diào)節(jié)器的增益和其物理意義。
閉環(huán)調(diào)節(jié)器的參數(shù)設(shè)計： 考慮到220Hz的穿越頻率確實低的嚇人，所以應(yīng)該設(shè)計新的閉環(huán)控制器參數(shù)來把系統(tǒng)的動態(tài)響應(yīng)提升，我初步預(yù)計應(yīng)該要提升到2KHz左右。根據(jù)掃描數(shù)據(jù)可知，loop gain 在2KHz是-25.6db減去PI調(diào)節(jié)器提供的23.9dB，為-49.5dB，則新的閉環(huán)控制器需要在2KHz點提升49.5dB增益。另外相位提升為：63deg - 72deg = -9deg，若考慮到45deg的PM，則相位提升需要55deg。因此上面就得到了閉環(huán)控制器的設(shè)計基礎(chǔ)，考慮到PI控制器的手段不夠靈活，這里我后面會使用2P2Z來做，具體設(shè)計細節(jié)將會在后面的內(nèi)容中繼續(xù)展開，下次再聊，感謝觀看，謝謝支持。關(guān)于電流型模式LLC在數(shù)字控制系統(tǒng)中的實現(xiàn)內(nèi)容：
關(guān)于本人：我是楊帥，目前從事逆變器儲能行業(yè)，專注在雙向AC/DC變換器領(lǐng)域，對雙向DC/DC的研究較多。數(shù)年來一直從事電力電子仿真技術(shù)研究與應(yīng)用推廣，致力于實現(xiàn)讓天下沒有難搞的電源而努力。