- 專為電源無(wú)橋接 PFC 設(shè)計(jì)選用數(shù)字控制器

如圖 3-4?所示，由于變流器放置在開(kāi)關(guān)的右上方，因此其只檢測(cè)開(kāi)關(guān)電流（只是電感電流的上升部分）。數(shù)字控制實(shí)施時(shí)，在時(shí)間 Ta 的 PWM 中間測(cè)量該開(kāi)關(guān)電流信號(hào)。它是一個(gè)瞬時(shí)值，在圖 3-4?中以 Isense 表示。僅當(dāng)該電流為連續(xù)電流時(shí)，測(cè)得開(kāi)關(guān)電流 Isense 才等于平均 PFC 電感電流（請(qǐng)參見(jiàn)圖 3）。該電流變?yōu)槿?strong>圖 4?所示非連續(xù)電流時(shí)，Isense 不再等于平均 PFC 電感電流。為了計(jì)算電感平均電流，應(yīng)該建立某個(gè)開(kāi)關(guān)時(shí)間期間中間點(diǎn)檢測(cè)電流 Isense 和平均電感電流之間的關(guān)系，并且這種關(guān)系應(yīng)該同時(shí)適用于連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 和非連續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM)。

就一個(gè)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行的升壓型轉(zhuǎn)換器而言，升壓電感的第二電壓應(yīng)在所有開(kāi)關(guān)期間都保持平衡：

?方程式 (1)

其中，Ta 為電流上升時(shí)間（PWM 導(dǎo)通時(shí)間），Tb 為電流下降時(shí)間（PWM 關(guān)閉時(shí)間），VIN 為輸入電壓，而 VO 為輸出電壓，并假設(shè)所有電源器件均為理想狀態(tài)。

由圖 3-4，我們可以通過(guò) Isense 計(jì)算出電感平均電流 Iave：

?方程式 (2)

其中，T 為開(kāi)關(guān)時(shí)間。

將（1）和（2）組合，我們得到：

?方程式 (3)

通過(guò)方程式 3，平均電感電流 Iave 表示為瞬時(shí)開(kāi)關(guān)電流 Isense。理想電流 Iave 和 Isense 為電流控制環(huán)路的電流基準(zhǔn)。檢測(cè)到現(xiàn)實(shí)瞬時(shí)開(kāi)關(guān)電流后，將其與該基準(zhǔn)對(duì)比，誤差被發(fā)送至一個(gè)快速誤差 ADC (EADC)，最終將數(shù)字化的誤差信號(hào)發(fā)送至一個(gè)數(shù)字補(bǔ)償器，以關(guān)閉電流控制環(huán)路。

總諧波失真 (THD) 和功率因數(shù) (PF) 是兩個(gè)判定 PFC 性能非常重要的標(biāo)準(zhǔn)。一個(gè)好的環(huán)路補(bǔ)償器應(yīng)該具有較好的 THD 和 PF。但是，PFC 的輸入范圍如此之寬，其可以從 80 Vac 擴(kuò)展至高達(dá) 265 Vac。低線壓狀態(tài)下?lián)碛休^高性能的補(bǔ)償器，在高線壓狀態(tài)下未必能夠較好地工作。最佳方法是根據(jù)輸入電壓相應(yīng)地調(diào)節(jié)環(huán)路補(bǔ)償器。這對(duì)一個(gè)模擬控制器來(lái)說(shuō)可能是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)，但對(duì)于如 UCD3020 等一些數(shù)字控制器來(lái)說(shuō)，則可以輕松地實(shí)現(xiàn)。

這種芯片中的數(shù)字補(bǔ)償器是一種數(shù)字濾波器，其由一個(gè)與一階 IIR 濾波器級(jí)聯(lián)的二階無(wú)限脈沖響應(yīng) (IIR) 濾波器組成。控制參數(shù)即所謂的系數(shù)，均保存在一組寄存器中。該寄存器組被稱作記憶槽。共有兩條這種記憶槽，每條可存儲(chǔ)不同的系數(shù)。只有一條記憶槽的系數(shù)有效，用于補(bǔ)償計(jì)算，而另一條則處于未激活狀態(tài)。固件始終都可以向未激活的記憶槽加載新的系數(shù)。在 PFC 運(yùn)行期間，可在任何時(shí)候調(diào)換系數(shù)記憶槽，以便允許補(bǔ)償器使用不同的控制參數(shù)，適應(yīng)不同的運(yùn)行狀態(tài)。

有這種靈活性以后，我們可以存儲(chǔ)兩個(gè)不同的系數(shù)組（一個(gè)用于低線壓，另一個(gè)用于高線壓），并根據(jù)輸入電壓調(diào)換系數(shù)。環(huán)路帶寬、相位余量和增益余量都可在低線壓和高線壓下得到優(yōu)化。利用這種動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)控制環(huán)路系數(shù)，并使用固件來(lái)對(duì)變流器可能出現(xiàn)的偏移量進(jìn)行補(bǔ)償，可以極大地改善 THD 和 PF。圖 5-6?是一些基于 1100W 無(wú)橋接 PFC 的測(cè)試結(jié)果，低線壓時(shí) THD 為 2.23%，高線壓時(shí) THD 為 2.27%，而 PF 分別為 0.998 和 0.996。

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圖 5 低線壓的 VIN和IIN 波形（VIN = 110V, 負(fù)載= 1100W, THD = 2.23%, PF = 0.998）

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圖 6 高線壓的VIN和IIN波形（VIN = 220V, 負(fù)載= 1100W, THD = 2.27%, PF = 0.996）

每個(gè) PFC 在輸入端都有一定的電磁干擾 (EMI) 濾波器。EMI 濾波器的 X 電容器會(huì)引起 AC 輸入電流引導(dǎo) AC 電壓，從而影響 PF。在輕負(fù)載和高線壓狀態(tài)下，這種情況變得更糟糕。PF 很難滿足嚴(yán)格的規(guī)范。要想增加輕負(fù)載的 PF，我們需要相應(yīng)地強(qiáng)制電流延遲。我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)呢？