CN111146927B - 变频pwm控制开关参数更新方法、控制方法及控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种变频PWM控制开关参数更新方法、控制方法及控制器，开关参数包括待更新开关参数和当前开关参数；设置开关参数中间值，所述开关参数中间值在待更新开关参数和当前开关参数之间；先更新至开关参数中间值，一个采样计算周期后从开关参数中间值更新至待更新开关参数。本发明技术方案通过抑制开关参数变化率，以确保当前开关周期所使用参数不会超限越界，保证更新后的开关周期PWM输出驱动不会出现异常。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力电子控制领域，尤其涉及一种变频PWM控制方法。
背景技术
随着微控制单元MCU(Micro Control Unit)系统和电力电子技术不断发展，对开关器件的数字化控制要求越来越高，脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation)控制方式广泛应用电力电子行业中，尤其在变频PWM控制系统中开关频率和占空比需要同时调节，准确实现不同参数实时更新是控制系统成败的关键。通常在反激拓扑应用场合中为了实现开关管的零电压开通，开关频率会跟随输出功率动态调节，因此PWM变频控制得到快速发展。低成本实现精确的数字化变频PWM控制有利于提高产品可靠性和市场竞争力。通常所使用的MCU中会集成PWM控制模块，通过不同的配置实现精确实时的变频控制，因此合理配置和应用PWM模块实现变频控制显得尤为重要。
在变频PWM控制方案中为了使得PWM开关当前开关周期执行完成，在下一个开关周期使用新的开关参数值，PWM模块通常会配置成影子(SHADOW)模式。传统的变频PWM控制中一般更新PWM参数是将计算完的各开关参数按照固定的顺序直接更新到PWM影子寄存器中，当前开关周期结束时会触发影子寄存器加载，实现参数更新。由于程序执行代码中开关参数更新有先后顺序，当采样计算周期和开关周期不一致时，将会导致同一个计算周期的PWM参数更新不在同一个开关周期内，因此就会出现同一个开关周期不同参数更新错误。这样在下一个开关周期内使用的开关参数是两个计算周期的计算值，在突变的条件下当比较值大于周期值时将出现异常驱动脉冲，可能造成控制系统保护或器件损坏。
发明内容
本发明针对现有技术中的缺点，提供了一种变频PWM控制开关参数更新方法，通过抑制开关参数变化率，以确保当前开关周期所使用参数不会超限越界，保证更新后的开关周期PWM输出驱动不会出现异常。
一种变频PWM控制开关参数更新方法，包括以下步骤：
开关参数包括待更新开关参数和当前开关参数；
设置开关参数中间值，所述开关参数中间值在待更新开关参数和当前开关参数之间；
先更新至开关参数中间值，再更新至待更新开关参数。
可选的，有采样计算周期，更新至开关参数中间值后，一个采样计算周期后从开关参数中间值更新至待更新开关参数。
可选的，开关参数包括开关周期值和比较值；
获取当前开关周期值和当前比较值，待更新开关周期值和待更新比较值；
与当前开关参数比较，若待更新开关参数为增大，则设定开关周期中间值PRD3和比较值中间值CMPA3，比较值中间值CMPA3小于当前开关周期值PRD1。
与当前开关参数比较，若待更新开关参数为减小，则设定开关周期中间值PRD3和比较值中间值CMPA3，当前比较值CMPA1小于开关周期中间值PRD3。
可选的，若待更新开关参数为增大，开关周期中间值PRD3大于待更新比较值CMPA2。
可选的，若待更新开关参数为减小，待更新比较值CMPA3小于待更新开关周期值PRD2。
本发明还提供了一种变频PWM控制方法，采用上述的变频PWM控制开关参数更新方法实现驱动控制。
本发明还提供了一种变频PWM控制器，采用上述的变频PWM控制开关参数更新方法实现驱动控制。
本发明的有益效果：
在变频PWM控制系统中需要配置PWM模块关键参数，如定时器周期(PRD)、比较值(CMPA）等数据以获得对开关频率和占空比的控制。考虑到当采样计算周期和开关周期不一致时，可能刚好在开关周期结束前后更新了开关参数，将会导致下一开关周期使用错误的参数。
故本发明披露的技术方案在PWM开关参数更新之前，先对需要更新的关键参数计算值与当前使用的参数数值进行对比，当计算值在合理的范围内实施开关参数更新，在开关参数突变可能引发控制崩溃时，通过抑制开关参数变化率，以确保当前开关周期所使用参数不会超限越界，保证更新后的开关周期PWM输出驱动不会出现异常。
按本方法更新参数后虽然会出现开关周期内使用不同计算周期的参数，不会出现连续两个开关周期持续导通现象。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是传统更新方法开关参数增大正常更新示意图；
图2是传统更新方法开关参数减小正常更新示意图；
图3是传统更新方法开关参数增大异常更新示意图；
图4是传统更新方法开关参数减小异常更新示意图；
图5是本实施例开关参数增大更新示意图；
图6是本实施例开关参数减小更新示意图。
附图标记说明：CMPA为比较值，CMPA1 为当前比较值，CMPA2 为待更新比较值，CMPA3 为比较值中间值，PRD 为开关周期，PRD1 为当前开关周期，PRD2 为待更新开关周期，PRD3 为开关周期中间值，tc 为开关周期更新点，tp为比较值更新点。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
本实施例以单MOS管驱动开关为例，PWM配置驱动方式为PWM计时器值CTR=0时输出高电平开通MOS管，CTR=CPMA时输出低电平关断MOS管，CTR=PRD时开关周期结束计数器归零进入下一开关周期。PWM模块参数更新前的开关周期值为PRD1、比较值为CMPA1；PWM模块参数更新后的开关周期值为PRD2、比较值为CMPA2。当CMPA1<PRD1且CMPA2<PRD2时PWM开关输出正常。
如图1-图2，图1是开关参数增大情况，开关周期值和比较值的更新点位于开关周期中间位置情况；图2是开关参数减小，开关周期值和比较值的更新点位于开关周期中间位置情况。
PWM的工作过程：在t=0时刻，PWM计数器开始工作，此时CTR=0开始输出驱动信号；在t=t1时刻CTR=CMPA1，此时封锁PWM输出驱动信号；在t=t2时CTR=PRD1，PWM计数器复位到零，重新开始计数且输出驱动信号，开始下一个开关周期，CTR从0到CMPA1所经历的时间为PWM有效的控制时间，决定作用在电路上的开关管导通时间。
当开关参数在PRD附近更新时，有两种情况会出现开关异常：
情况1：如图3，开关参数增大突变时，若在tc时刻先更新CMPA参数，在tp时刻后更新PRD，导致下一开关周期CPMA2和PRD1组合作用，这将导致CTR先到达PRD1而不能封锁PWM输出驱动，进而进入再下一个周期，这将导致连续两个开关周期PWM持续输出现象，出现异常开关。
情况2：如图4，开关参数减小突变时，若在tp时刻先更新PRD，在tc时刻后更新CMPA参数，下一开关周期CPMA1和PRD2组合作用，这将导致CTR先到达PRD2而不能封锁PWM输出驱动，进而进入再下一个周期，这将导致连续两个开关周期PWM持续输出现象，同样出现异常开关。因此会造成连续两个开关周期Vgs持续为高电平，输出开关波形异常。若Vgs作为开关管的驱动信号，这将导致开关管持续导通两个周期，结果会触发过流保护或开关管等器件损坏。
如图5-6，实施例仍以单MOS管驱动开关为例，开关驱动信号产生条件如上述一致。
本实施例在开关参数更新之前预判开关参数变化幅度，当开关参数突变超限时（开关参数突变超限具体可以为CMPA2>PRD1；CMPA1>PRD2）按一定比例减小开关参数突变量，保证在开关参数更新在PRD附近时，不会出现CPMA>PRD的现象，开关周期中都能保证有一段关断时间，不会出现连续两个开关周期持续导通现象。
如图5所示，开关参数增大，tc<tp、CMPA2>PRD1，则设定开关周期中间值PRD3和比较值中间值CMPA3，本次更新有两个更新点，分别是更新点1和更新点2。首先限制开关参数先变化到CMPA3/PRD3，在经过一个计算周期Tcal之后，再更新到CMPA2/PRD2，经过限制开关参数变化率的参数更新可避免两个开关周期持续导通。
其中，比较值中间值CMPA3小于当前开关周期PRD1；开关周期中间值PRD3大于待更新比较值CMPA2。
如图5，有4组开关周期作用时间，分别为：CMPA1/PRD1作用开关周期，CMPA3/PRD1作用开关周期；CMPA3/PRD3作用开关周期；CMPA2/PRD2作用开关周期。
开关参数更新前一个周期，由CMPA1/PRD1作用；比较值在t2时间之前更新至CMPA3，开关周期在t2之后更新至PRD3，所以在第二个周期，PRD还未及时更新至新参数，按照CMPA3和PRD1配合产生PWM驱动信号，占空比相对增大，产生一个较短的关断时间确保开关管在开关周期内完成关断
计算周期Tcal是PWM控制器的一个采样计算周期，同一个控制系统中采样计算周期Tcal时间为固定值，通常开关频率高于采样计算频率，开关频率为变频，开关周期不断变化，因此在计算周期内会出现若干开关周期。
若计算周期Tcal时间包含两个开关周期，在前一更新点之前开关周期内按照CMPA1和PRD1配合输出驱动，在前一更新点之后按照CMPA3和PRD1配合输出驱动，在第三个开关周期按照CMPA3和PRD3配合输出驱动；后一更新点位于第三个开关周期内时，第四个开关周期及之后，按照CMPA2和PRD2配合输出驱动。
若计算周期Tcal时间包含更多开关周期，则相应的按照CMPA3和PRD3配合输出驱动的时间会更长。直至后一次更新点更新完毕。
如图6所示，开关参数减小，则设定开关周期中间值PRD3和比较值中间值CMPA3，限制参数先变化到CMPA3/PRD3，经过一个计算周期Tcal之后，再更新到CMPA2/PRD2，同样可以避免两个开关周期持续导通。
当前比较值CMPA1小于开关周期中间值PRD3；待更新比较值CMPA3小于待更新开关周期中间值PRD2。
如图6，有4组开关周期作用时间，分别为：CMPA1/PRD1作用开关周期，CMPA1/PRD3作用开关周期；CMPA3/PRD3作用开关周期；CMPA2/PRD2作用开关周期。
开关参数更新前一个周期，由CMPA1/PRD1作用；比较值在t2时间之后更新至CMPA3，开关周期在t2之前更新至PRD3，所以在第二个周期，CMPA还未及时更新至新参数，按照CMPA1和PRD3配合产生PWM驱动信号，占空比相对增大，产生一个较短的关断时间确保开关管在开关周期内完成关断。
若计算周期Tcal时间包含两个开关周期，在前一更新点之前开关周期内按照CMPA1和PRD1配合输出驱动，在前一更新点之后按照CMPA1和PRD3配合输出驱动，在第三个开关周期按照CMPA3和PRD3配合输出驱动；后一更新点位于第三个开关周期内时，第四个开关周期及之后，按照CMPA2和PRD2配合输出驱动。
若计算周期Tcal时间包含更多开关周期，则相应的按照CMPA3和PRD3配合输出驱动的时间会更长。直至后一次更新点更新完毕。
本实施例还涉及一种根据上述更新参数的方法实现的变频PWM控制方法，具体流程见上述PWM的工作过程。
本实施例还涉及一种变频PWM控制装置，采用上述的变频PWM控制开关参数更新方法实现驱动控制。
此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种变频PWM控制开关参数更新方法，其特征在于，包括以下步骤：
开关参数包括待更新开关参数和当前开关参数；
设置开关参数中间值，所述开关参数中间值在待更新开关参数和当前开关参数之间；
先更新至开关参数中间值，再更新至待更新开关参数；
其中，开关参数包括开关周期值和比较值；
获取当前开关周期值和当前比较值，待更新开关周期值和待更新比较值；
与当前开关参数比较，若待更新开关参数为增大，则设定开关周期中间值PRD3和比较值中间值CMPA3，比较值中间值CMPA3小于当前开关周期值PRD1;
与当前开关参数比较，若待更新开关参数为减小，则设定开关周期中间值PRD3和比较值中间值CMPA3，当前比较值CMPA1小于开关周期中间值PRD3。
2.根据权利要求1所述的变频PWM控制开关参数更新方法，其特征在于，有采样计算周期，更新至开关参数中间值后，一个采样计算周期后从开关参数中间值更新至待更新开关参数。
3.根据权利要求1所述的变频PWM控制开关参数更新方法，其特征在于，若待更新开关参数为增大，开关周期中间值PRD3大于待更新比较值CMPA2。
4.根据权利要求1所述的变频PWM控制开关参数更新方法，其特征在于，若待更新开关参数为减小，待更新比较值CMPA3小于待更新开关周期值PRD2。
5.一种变频PWM控制方法，其特征在于，采用权利要求1-4任一所述的变频PWM控制开关参数更新方法实现驱动控制。
6.一种变频PWM控制器，其特征在于，采用权利要求1-4任一所述的变频PWM控制开关参数更新方法实现驱动控制。
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