你的位置:首頁 > 電源管理 > 正文

使用HRPWM的注意事項(xiàng)

發(fā)布時(shí)間:2023-04-12 來源:TI 責(zé)任編輯:wenwei

【導(dǎo)讀】隨著新能源領(lǐng)域的發(fā)展, 在數(shù)字電源控制系統(tǒng)中要求功率密度高且轉(zhuǎn)換效率高。其中,整機(jī)功率密度的提升,就需要提高開關(guān)頻率, 大部分現(xiàn)有產(chǎn)品的開關(guān)頻率在50k~200kHz。然而, 由于SiC/GaN器件的大面積推廣與使用, 開關(guān)頻率已經(jīng)提升到500kHz,甚至1MHz。當(dāng)系統(tǒng)的開關(guān)頻率超過200kHz時(shí),此時(shí)PWM脈寬的調(diào)節(jié)精度會變低, 這就需要使用高精度模式的PWM調(diào)制。我們把用于擴(kuò)展傳統(tǒng)ePWM模塊的時(shí)間精度的模塊, 稱之為高精度PWM(High resolution PWM)。本文將對C2000TM片上HRPWM模塊的工作原理、使用方法和注意事項(xiàng)進(jìn)行詳細(xì)討論,并以實(shí)際案例進(jìn)行展示。此外,HRPWM模塊也可以作DAC輸出用來實(shí)現(xiàn)模擬信號的觀測。


1.高精度PWM的工作原理 (HRPWM)


1.1 高精度PWM的MEP技術(shù)


C2000支持占空比、相移、死區(qū)和周期的高精度控制。HRPWM是在普通PWM模塊上采用微邊沿定位 (MEP, micro-edge positioner) 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。簡單來說, 就是將一個(gè)計(jì)數(shù)周期再拆分為很多個(gè)小的MEP步長, 如下圖所示。 其中,MEP最小步長是150ps。


1678783452768339.png

圖1 HRPWM的微邊沿定位MEP示意圖


計(jì)算舉例:如下圖所示(開關(guān)頻率為1MHz),控制精度是由PWM的“計(jì)數(shù)器值”和“比較值”的來決定。F280013x的CPU頻率為120MHz,假設(shè)EPWM模塊時(shí)鐘為120MHz, 此時(shí)EPWM單個(gè)計(jì)數(shù)周期為8.3 ns,MEP步長為150 ps。如此, 可將每一個(gè)計(jì)數(shù)周期再細(xì)分為8.3 ns / 150 ps = 55. 56份。如圖中單邊向上計(jì)數(shù)模式下, 開關(guān)頻率為1MHz,則三角波載波周期為1 us, 計(jì)數(shù)周期TBPRD等于120。如果想實(shí)現(xiàn)10.15%的占空比,則邊沿時(shí)間的控制應(yīng)當(dāng)是 10.15 * 8.3 ns = 84.245 ns。此時(shí), 設(shè)定CMPA = 10 (83 ns),剩下的1.245ns(不足單個(gè)計(jì)數(shù)周期)應(yīng)當(dāng)由HRPWM模塊來實(shí)現(xiàn), 也就是CMPA上再加上1.245 ns = 1245 ps = 150 ps * 8.3 ? 8個(gè)MEP步長。


19.png

圖2 單邊計(jì)數(shù)模式下的載波波形


其中,PWM分辨率的計(jì)算公式,如圖3所示。


1678783429848401.png

圖3 PWM的分辨率計(jì)算公式


圖4為不同開關(guān)頻率下的PWM和HRPWM的分辨率。如下圖,當(dāng)開關(guān)頻率>250k,或者所要求的PWM分辨率>(9-10 bit)時(shí),系統(tǒng)則需要使用HRPWM模塊。


1678783414487719.png

圖4 PWM和HRPWM的分辨率算例表


1.2 高精度PWM的相關(guān)寄存器


高精度PWM相關(guān)的寄存器,如CMPAHR/CMPBHR、TBPHSHR、TBPRDHR、DBREDHR和DBFEDHR,以及HRPWM的時(shí)鐘輸入與配置,如圖5和圖6所示。HRPWM高精度寄存器作用位置是在AQ子模塊之后,由此不會影響AQ執(zhí)行邊沿動(dòng)作。


1678783399537454.png

圖5 HRPWM的相關(guān)的寄存器


1678783388617348.png

圖6 HRPWM的相關(guān)的寄存器作用位置


23.png

圖7 HRPWM的時(shí)鐘輸入與配置


其中,需要注意的是CMPAHR寄存器只會影響Channel A,它跟CMPA沒有任何必然關(guān)系;CMPBHR寄存器只會影響Channel B,它跟CMPB沒有任何必然關(guān)系。同時(shí), CMPAHR和CMPBHR分別可以作用在上升沿、下降沿和上升/下降沿。如下圖寄存器的說明可知, 如果僅配置CMPAHR寄存器值, 而Channel B上通過死區(qū)模塊由PWMxA極性翻轉(zhuǎn)而來, Channel B 上則不會產(chǎn)生高精度的PWM波形。若需要Channel A和Channel B都需要高精度模式, 此時(shí)需要將CMPAHR 與CMPBHR賦予相同的值,從而產(chǎn)生正確的PWM波形,如圖8所示。


1678783364939693.png

圖8 HRPWM的CMPAHR/CMPBHR寄存器說明


1.3 高精度PWM的CMPAHR/CMPBHR寄存器計(jì)算


以F28004x/F28003x為例,CMPAHR的算例及計(jì)算過程如下圖9所示。分別針對不同CMPAHR和CMPBHR上升沿REP (Rising Edge Position) 、下降沿FEP (Falling Edge Position) 和上升/下降沿BEP (Both Edge Position) 的作用示例。


1678783345281769.png

圖9 HRPWM的CMPAHR算例


CMPAHR和CMPBHR上升沿REP作用示例, 如圖10:


1678783330277070.png

圖10


CMPAHR和CMPBHR下降沿FEP作用示例,如圖11:


1678783316748691.png

圖11


CMPAHR和CMPBHR上升/下降沿BEP作用示例,如圖12:


1678783301664195.png圖12


1.4 創(chuàng)建和配置高精度PWM的工程項(xiàng)目


1)創(chuàng)建Driverlib的工程項(xiàng)目


Step1:添加 "Include" Files: #include "sfo_v8.h" 以及所對應(yīng)的庫文件SFO_lib


Step2:聲明Variable Declarations:


        uint16_t status = SFO_INCOMPLETE;


        uint32_t MEP_ScaleFactor = 0; //scale factor value


        volatile uint32_t ePWM[(PWM_CH + 1)] = {0, EPWM1_BASE, EPWM2_BASE};


Step3:縮放因子初始化MEP_ScaleFactor Initialization:


while(status == SFO_INCOMPLETE)


    {


        status = SFO();


        if(status == SFO_ERROR)


        {


            //


            // SFO function returns 2 if an error occurs & # of MEP


            // steps/coarse step exceeds maximum of 255.


            //


            error();


        }


    }


Step4:增加用戶代碼并配置對應(yīng)的寄存器如CMPAHR


void main ()


   {


    int status;


    // User code


    // ePWM1, 2, 3, 4 are running in HRPWM mode


    // The status variable returns 1 once a new MEP_ScaleFactor has been


    // calculated by the MEP Calibration Module running SFO


    // diagnostics.


status = SFO ();


for(;;)


{


    if(test_ctr < 256)

        {

            HRPWM_setCounterCompareValue(ePWM[1], HRPWM_COUNTER_COMPARE_A, (0x2000 + test_ctr));

            test_ctr++;


        }

        else

        {

            test_ctr = 0;

        }


    if(status == SFO_ERROR)


    {


     //


     // SFO function returns 2 if an error occurs & # of


     // MEP steps/coarse step exceeds maximum of 255.


     //


     error();


}


}


   }


2)Bit-field按寄存器創(chuàng)建的工程


Step1:添加 "Include" Files: #include "sfo_v8.h"以及所對應(yīng)的庫文件SFO_lib


Step2:聲明Variable Declarations:


        Uint16 status = SFO_INCOMPLETE;


        int MEP_ScaleFactor = 0; //scale factor value


        volatile struct EPWM_REGS *ePWM[] = {0, &EPwm1Regs, &EPwm2Regs};


Step3:縮放因子初始化MEP_ScaleFactor Initialization:


同上。


Step4:增加用戶代碼并配置對應(yīng)的寄存器如CMPAHR


同上。


1.5 測試工程與PWM波形


1678783279955127.png

30.png


2. 高精度PWM的注意事項(xiàng)


2.1 高精度PWM的Dead Band半個(gè)TBCLK計(jì)數(shù)周期生效


如下Note提示, 死區(qū)的高精度模式控制僅在半個(gè)TBCLK計(jì)數(shù)周期生效, 如下計(jì)算公式可知, 若CPU主頻直接分頻給到EPWM時(shí)鐘,即TBCLK 為100MHz,也就是10ns, 此時(shí)DBREDHR和DBFEDHR寄存器僅在5ns計(jì)數(shù)周期生效, 這也是為了進(jìn)一步保證高精度死區(qū)的生成。


1678783258252742.png

1678783247880272.png

1678783236119528.png

1678783224298581.png


2.2 高精度PWM的Dead Band高精度僅在雙邊計(jì)數(shù)Up-Down模式生效


如下Note提示, 死區(qū)的高精度模式控制僅在Up-Down計(jì)數(shù)模式下生效, 這主要是由于HRPWM的Duty占空比高精度模式控制限制所造成的。HRPWM在前三拍和后三拍是無效的,此時(shí)若想生成0%占空比可由普通PWM生成。硬件上不允許單邊計(jì)數(shù)模式下實(shí)現(xiàn)占空比的高精度模式控制。


1678783206133328.png

1678783194557553.png


2.3 Up-Down模式下高精度PWM的寄存器加載時(shí)刻僅Zero-Period生效


如下Note提示, 雙邊計(jì)數(shù)Up-Down模式下高精度控制影子寄存器加載僅在ZERO AND PERIOD生效, HRPWM模塊在過周期處用于內(nèi)部特殊邏輯計(jì)算而不進(jìn)行加載。單邊計(jì)數(shù)Up模式無此限制要求。此外單邊Down模式下是不支持高精度HRPWM操作。


1678783175102484.png


3.結(jié)論


高精度模式的控制實(shí)現(xiàn)與普通PWM配置有差異,總結(jié)來說有以下幾點(diǎn):1.CMPAHR負(fù)責(zé)Channel A上的高精度控制, CMPBHR負(fù)責(zé)Channel B上的高精度控制;2. HRPWM寄存器的生效時(shí)刻需要注意;3. 死區(qū)和占空比高精度實(shí)現(xiàn)的模式會對計(jì)數(shù)方式有要求;4. 單獨(dú)某一個(gè)Channel A上實(shí)現(xiàn)高精度會造成另外Channel B上的影響,不過僅±1 TBCLK;5. HRPWM高精度模式控制最高分辨率150ps, 可實(shí)現(xiàn)占空比Duty、死區(qū)DBREDHR和DBFEDHR、相移TBPHSHR和周期值TBPRDHR的高精度模式控制。以上不限于為高精度模式的使用與注意事項(xiàng)。


參考文獻(xiàn)


[1] TMS320x280x, 2801x, 2804x High Resolution Pulse Width Modulator HRPWM


[2] High Resolution PWM (HRPWM) Extension to ePWM Reference Guide


[3] TMS320F280013x Real-Time Microcontrollers Technical Reference Manual. -spruix1


[4] TMS320F28003x Real-Time Microcontrollers Technical Reference Manual. - spruiw9a


[5] TMS320F28004x Real-Time Microcontrollers Technical Reference Manual. -SPRUI33D


來源:TI

作者:Ke, Shaoxing



免責(zé)聲明:本文為轉(zhuǎn)載文章,轉(zhuǎn)載此文目的在于傳遞更多信息,版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題,請聯(lián)系小編進(jìn)行處理。


推薦閱讀:


使用C2000內(nèi)部比較器替外部比較器

一種用于戶外電源電池管理系統(tǒng)的冗余設(shè)計(jì)

TJA1043收發(fā)器信息梳理

電源模塊的本手與應(yīng)用妙手

無刷直流電機(jī)及其驅(qū)動(dòng):設(shè)計(jì)考慮因素和挑戰(zhàn)

特別推薦
技術(shù)文章更多>>
技術(shù)白皮書下載更多>>
熱門搜索
?

關(guān)閉

?

關(guān)閉