有源鉗位反激(ACF)變換器控制方案(2)

上期講解的是TI的UCC28780中的ACF控制策略，這次是ONsem的NCP1568中的ACF控制策略。同樣是一款A(yù)CF控制器，內(nèi)部控制策略與UCC28780有很多相似之處，比如，峰值電流?？刂疲冾l控制等。不同的是，該控制策略根據(jù)負(fù)載的不同，將系統(tǒng)的工作狀態(tài)分為：主功率管和鉗位管同時(shí)工作的ACF模式，只有主功率管工作的DCM模式，主功率管ON-OFF工作的Skip模式，具體的描如下。

1）ACF模式：當(dāng)處于中載或重載時(shí)，工作在ACF模式。此模式下，采用峰值電流?？刂浦鞴β使艿膶?dǎo)通時(shí)間。在不同輸入和負(fù)載工況下，根據(jù)預(yù)先設(shè)定的負(fù)電流值，確定開(kāi)關(guān)頻率的初值。在每個(gè)周期檢測(cè)ZVS的實(shí)現(xiàn)狀態(tài)，然后通過(guò)調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)頻率的大小回調(diào)負(fù)電流值，實(shí)現(xiàn)主功率的ZVS。在該模式下，開(kāi)關(guān)頻率隨著負(fù)載的降低而增加。

圖1 ZVS調(diào)節(jié)過(guò)程

在ACF模式中，開(kāi)關(guān)頻率的最小值通過(guò)外部的電阻調(diào)節(jié)，可參考圖2。

圖2 開(kāi)關(guān)頻率隨外部電阻的變化曲線

此外，為了確保每個(gè)周期有足夠的時(shí)間能驅(qū)動(dòng)高側(cè)脈沖，設(shè)定鉗位管的最小導(dǎo)通時(shí)間為400ns。芯片內(nèi)部針對(duì)主功率管也設(shè)定了最大的工作占空比，此占空比隨著頻率的增加而減小。

圖3 主功率管最大占空比隨頻率的變化曲線

在DCM轉(zhuǎn)換到ACF過(guò)程中，采用前沿調(diào)制的控制方式，將儲(chǔ)存在鉗位電容的能量緩慢釋放到輸出側(cè)，從而實(shí)現(xiàn)高側(cè)管的軟啟動(dòng)開(kāi)啟。在此過(guò)程中，橋臂中點(diǎn)電壓和副邊側(cè)電流會(huì)在一個(gè)周期內(nèi)出現(xiàn)多個(gè)振蕩波峰，如圖4所示。從ACF模式到DCM模式的轉(zhuǎn)變同樣采用類似的方式，如圖5所示。

圖4 DCM到ACF模式切換中高側(cè)管軟開(kāi)啟過(guò)程

圖5 ACF到DCM模式切換中高側(cè)管軟關(guān)斷過(guò)程

2）DCM模式：當(dāng)負(fù)載降低時(shí)，變化器將從ACF轉(zhuǎn)變?yōu)镈CM模式。在DCM模式下，為了保證較高的效率，只有主功率管正常導(dǎo)通，鉗位管處于關(guān)閉狀態(tài)。DCM的工作頻率由ACF模式的最大頻率，F(xiàn)B反饋電壓有關(guān)。在ACF模式和DCM轉(zhuǎn)換該過(guò)程中，有頻率折返的變化方式可供選擇。DCM的工作頻率也與所選擇的方式有關(guān)，見(jiàn)下表。

隨著負(fù)載的降低，DCM模式的工作頻率隨著降低（和ACF模式不同）。為了避免可聞噪聲的出現(xiàn)，DCM的最小工作頻率設(shè)定在25kHz。此時(shí)，反饋電壓信號(hào)Vfb為400mv。Skip模式和DCM模式之間的頻率調(diào)節(jié)采用滯環(huán)控制邏輯。

3）Skip模式：當(dāng)負(fù)載繼續(xù)降低，開(kāi)關(guān)頻率低于25kHz，變換器將進(jìn)入Skip模式（類似于ON-OFF模式）。為了避免噪音，Skip電路通過(guò)ON-OFF周期限制在800hz，從而防止Skip模式期間的突發(fā)頻率進(jìn)入可聽(tīng)范圍。

圖6 Skip過(guò)程

根據(jù)上述的工作模式，該控制策略下的ACF的工作頻率隨負(fù)載的變化曲線如圖7所示。

圖7 頻率變化曲線

和UCC28780中控制策略一直將變換器工作于ACF模式不同，此控制策略只有在負(fù)載較重時(shí)工作于ACF變換器狀態(tài)。兩者的幾點(diǎn)比較如下：

（1） NCP1568使ACF工作與DCM反激模式，消除了鉗位管的導(dǎo)通損耗；

（2）雖然都無(wú)法保證逐周期的ZVS，但UCC28780死區(qū)控制過(guò)程要比NCP1568更加詳細(xì)，死區(qū)損耗要更小一些；

（3）兩者的頻率變化范圍都比較寬，但NCP1568要比UCC28780更寬，不利于變壓器的設(shè)計(jì)；

（4）兩者都采用帶有斜坡補(bǔ)償?shù)姆逯惦娏髂？刂艫CF模式下的工作，不同的是NCP1568中采用II型誤差補(bǔ)償器，而UCC28780中采用III型誤差補(bǔ)償器；

（5）NCP1568中DCM和ACF模式切換過(guò)程中，副邊電流會(huì)出現(xiàn)雙波情況及電流突變，橋臂中點(diǎn)電壓會(huì)出現(xiàn)大幅度振蕩，這對(duì)EMC的設(shè)計(jì)不太友好。