在變頻多相拓撲中使用Type 4 EPWM 全局加載功能的注意事項

變頻多相交錯拓撲在大功率應用場(chǎng)景有廣泛的應用場(chǎng)景，而采用數字控制時(shí)需要重點(diǎn)考慮PWM發(fā)波控制的靈活性和可靠性。本文介紹了在多相變頻拓撲中使用新一代C2000的Type 4  EPWM 全局加載和一次加載功能的注意事項，并針對邊界情況提出一種簡(jiǎn)單的解決方案。

在應用文檔Leverage New Type ePWM Features for Multiple Phase Control中介紹了針對多相交錯拓撲的PWM 發(fā)波配置推薦方法，但由于相位寄存器TBPHS本身不支持影子模式，因此一般在實(shí)際變頻拓撲應用中，不建議使用TBPHS來(lái)實(shí)現不同PWM模塊之間的相位交錯關(guān)系，而是利用不同PWM模塊的CMPA/CMPB比較寄存器的大小關(guān)系來(lái)實(shí)現。例如，針對三相交錯LLC， 應用文檔Implement Three-Phase Interleaved LLC on C2000 Type-4 PWM推薦的PWM發(fā)波配置如圖1所示，其中三路LLC對應的EPWM 模塊選擇同一個(gè)時(shí)基，圖示只給出EPWMxA的發(fā)波動(dòng)作配置，而EPWMxB通過(guò)死區模塊以EPWMxA作為輸入源在插入死區后產(chǎn)生?？紤]到LLC是開(kāi)關(guān)頻率變化的拓撲，為了確保不同PWM模塊的周期寄存器和比較寄存器的值在同一時(shí)刻點(diǎn)從影子寄存器生效到實(shí)際的PWM寄存器，需配合Type-4 EPWM的全局加載和一次加載功能。

圖 1 三相交錯LLC  PWM配置

針對LLC的應用，一般建議將不同EPWM模塊的周期寄存器TBPRD、比較寄存器CMPA/CMPB、死區寄存器DBRED/DBFED都選擇使能全局加載功能，這樣可以確保多個(gè)寄存器在設定的全局加載事件到來(lái)時(shí)在單周期全部加載完畢。此外，一次加載功能是指在手動(dòng)刷新完畢所有EPWM寄存器后，使能一次加載開(kāi)關(guān)寄存器GLDCTL2[OSHTLD]，以確保在一次加載開(kāi)關(guān)打開(kāi)后，目標寄存器方可從影子寄存器生效，而且只刷新一次。由于每個(gè)PWM模塊都有單獨的GLDCTL2[OSHTLD]寄存器，建議采用EPWMXLINK[GLDCTL2LINK] 寄存器將其他的EPWM模塊的關(guān)聯(lián)到主相EPWM模塊，從而只需要使能主相PWM模塊的GLDCTL2[OSHTLD]寄存器，其他從相PWM模塊的一次加載功能會(huì )同時(shí)打開(kāi)。

在大部分工況，通過(guò)以上機制可以規避多個(gè)PWM寄存器不同步刷新的風(fēng)險，但仍需要注意如下的情況，當控制中斷頻率和開(kāi)關(guān)頻率不同步，且中斷頻率高于開(kāi)關(guān)頻率時(shí)，則有可能出現小概率事件，如圖2 所示。假設在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內觸發(fā)兩次中斷，由于在第一次中斷中使能了一次加載開(kāi)關(guān)，則在第二次中斷進(jìn)行手動(dòng)刷新PWM寄存器時(shí)，一次加載開(kāi)關(guān)保持使能狀態(tài)，如果在此過(guò)程碰到了全局加載事件（如CNT=0），就可能出現寄存器加載不同步的風(fēng)險。圖2中，假如在CNT=0前第三相PWM的周期沒(méi)有及時(shí)更新寫(xiě)入，則在新的開(kāi)關(guān)周期生效后，第三相PWM的頻率和前兩相的頻率出現不同步現象。同樣的情況，假設前后頻率變化范圍很大，頻率增大后，如果對應的比較寄存器沒(méi)有同步更新，甚至可能會(huì )導致在新的開(kāi)關(guān)周期內無(wú)法產(chǎn)生比較匹配事件出現常高風(fēng)險。

圖 2 邊界情況

為了規避此邊界情況，如下參考代碼提供了一種解決思路，以三相交錯LLC的EPWM寄存器更新為例，當環(huán)路計算得到新的開(kāi)關(guān)周期值后，在手動(dòng)更新PWM寄存器的步驟中，增加一個(gè)判斷條件，即如果當前時(shí)刻十分接近周期結束點(diǎn)，則在手動(dòng)更新寄存器前插入一個(gè)固定的延時(shí)（延時(shí)時(shí)間取決于手動(dòng)更新寄存器所需的時(shí)間），以確保手動(dòng)更新寄存器的過(guò)程不會(huì )跨越全局加載事件。如下示例代碼中，考慮到盡可能縮短手動(dòng)刷新寄存器的時(shí)間，已將相關(guān)的比較寄存器的計算過(guò)程和寄存器的更新過(guò)程分開(kāi)單獨處理。

static inline void LLC_HAL_updatePWM(float32_t periodSet_pu)

{

    static uint16_t tbprd_ticks = 0;

    static uint16_t cmpa_1_ticks =0, cmpa_2_ticks = 0, cmpb_2_ticks = 0, cmpa_3_ticks = 0, cmpb_3_ticks = 0;

    tbprd_ticks = LLC_PERIOD_MAX_TICKS * periodSet_pu;

    cmpa_1_ticks = tbprd_ticks>>1;            //phase 1 Compare A value

    cmpa_2_ticks = tbprd_ticks*0.333333333;   //phase 2 Compare A value

    cmpb_2_ticks = tbprd_ticks*0.833333333;   //phase 2 Compare B value

    cmpa_3_ticks = tbprd_ticks*0.666666667;   //phase 3 Compare A value

    cmpb_3_ticks = tbprd_ticks*0.166666667;   //phase 3 Compare B value

    // Update the relevant PWM values for the actuation: TBPRD, CMPA, CMPB,

    if(EPWM_getTimeBaseCounterValue(LLC_PRI1_PWM_BASE)< (EPWM_getTimeBasePeriod (LLC_PRI1_PWM_BASE) -20))

    {

        EPWM_setTimeBasePeriod(LLC_PRI1_PWM_BASE, tbprd_ticks);  // Already enable EPWMLINK for TBPRD

        EPWM_setCounterCompareValue(LLC_PRI1_PWM_BASE, EPWM_COUNTER_COMPARE_A, cmpa_1_ticks);

        EPWM_setCounterCompareValue(LLC_PRI2_PWM_BASE, EPWM_COUNTER_COMPARE_A, cmpa_2_ticks);

        EPWM_setCounterCompareValue(LLC_PRI2_PWM_BASE, EPWM_COUNTER_COMPARE_B, cmpb_2_ticks);

        EPWM_setCounterCompareValue(LLC_PRI3_PWM_BASE, EPWM_COUNTER_COMPARE_A, cmpa_3_ticks);

        EPWM_setCounterCompareValue(LLC_PRI3_PWM_BASE, EPWM_COUNTER_COMPARE_B, cmpb_3_ticks);

        EPWM_setGlobalLoadOneShotLatch(LLC_PRI1_PWM_BASE);

    }

    else

    {

__asm(" RPT #20 || NOP") ;     //create 20 cycles delay      

EPWM_setTimeBasePeriod(LLC_PRI1_PWM_BASE, tbprd_ticks);

        EPWM_setCounterCompareValue(LLC_PRI1_PWM_BASE, EPWM_COUNTER_COMPARE_A, cmpa_1_ticks);

        EPWM_setCounterCompareValue(LLC_PRI2_PWM_BASE, EPWM_COUNTER_COMPARE_A, cmpa_2_ticks);

        EPWM_setCounterCompareValue(LLC_PRI2_PWM_BASE, EPWM_COUNTER_COMPARE_B, cmpb_2_ticks);

        EPWM_setCounterCompareValue(LLC_PRI3_PWM_BASE, EPWM_COUNTER_COMPARE_A, cmpa_3_ticks);

        EPWM_setCounterCompareValue(LLC_PRI3_PWM_BASE, EPWM_COUNTER_COMPARE_B, cmpb_3_ticks);

        EPWM_setGlobalLoadOneShotLatch(LLC_PRI1_PWM_BASE);

    }

}

值得一提的是，在F28P65x提供的Type 5 EPWM 中，有新的硬件機制也可以解決這個(gè)問(wèn)題，具體可以參考對應的應用手冊。

參考文獻：

[1] Texas Instruments: Implement three-phase interleaved LLC on C2000 Type-4 PWM

[2] Texas Instruments: Leverage New Type ePWM Features for Multiple Phase Control