有源鉗位反激(ACF)變換器控制方案(4)

如前幾期內(nèi)容所述，ACF要實現(xiàn)高效率就必須滿足功率管ZVS的需求。要實現(xiàn)ZVS就需要采用合適的控制方案。前幾期中的控制策略在實現(xiàn)ZVS方面基本都是直接或間接的調(diào)節(jié)鉗位管的導(dǎo)通時間，增大谷值電流，從而實現(xiàn)主功率管ZVS。這期內(nèi)容中所采用的動態(tài)諧振周期控制（dynamic resonant periodcontrol, DRPC）策略也是通過調(diào)節(jié)鉗位管的導(dǎo)通時間而調(diào)節(jié)谷值電流實現(xiàn)的，但是不同的是，該控制策略讓ACF工作在非互補(bǔ)模式，從而降低鉗位管的導(dǎo)通損耗，實現(xiàn)效率的更優(yōu)化。該控制方法由臺灣交通大學(xué)提出，所采用控制框圖如圖1所示，具體的控制模式簡述如下。

圖1 DRPC控制框圖

1. 重載下的DPRC模式

該模式下，ACF的柵驅(qū)動信號非互補(bǔ)導(dǎo)通輸出，見圖2所示。其中Tm為主功率管ML工作波形，Taux為鉗位管MH工作波形。Taux只在Tm為0的第③區(qū)域為高電平，這樣的好處在于可以盡可能的降低諧振電流的有效值，從而產(chǎn)生較小的鉗位管導(dǎo)通損耗。通過調(diào)節(jié)Taux的時間長度，可以調(diào)節(jié)谷值電流的大小。只要Taux的時間調(diào)節(jié)足夠精確，就可以使ACF在全輸入電壓范圍下都能夠恰好實現(xiàn)ZVS。這樣，通過這種控制方式，即降低了死區(qū)損耗的大小，也降低了鉗位管損耗的大小，從而可以進(jìn)一步優(yōu)化效率。

圖2 DRPC下ACF工作波形

2. 中載下的QR模式

當(dāng)負(fù)載下降到一定范圍時，ACF將工作在傳統(tǒng)反激的準(zhǔn)諧振QR工作模式，波形見圖3。在該模式下，Tm的時間長度基本不變，通過調(diào)節(jié)Tm的開通位置實現(xiàn)谷值導(dǎo)通。這樣，系統(tǒng)工作在輕微變頻狀態(tài)，從而使輸出電壓能夠在不同負(fù)載保持穩(wěn)定。

圖3 QR下的ACF工作波形

3. 輕載下的FF模式

當(dāng)負(fù)載進(jìn)一步下降時，系統(tǒng)工作在頻率折疊（frequency-foldback，F(xiàn)F）模式。該模式和QR剛好相反，谷底導(dǎo)通的位置保持不變，都在第六個谷底時開通主功率管，但Tm的導(dǎo)通時間不斷減小，用于實現(xiàn)不同負(fù)載下的調(diào)節(jié)。該模式下的頻率變化比QR變化劇烈。

圖4 FF下的ACF工作波形

4. 待機(jī)下的綠色模式

當(dāng)負(fù)載非常小時，ACF工作在綠色模式。該模式下，Tm的導(dǎo)通時間保持不變，開關(guān)頻率保持不變。

圖5 綠色模式下的ACF工作波形

通過這四個工作模式，ACF既實現(xiàn)在不同負(fù)載下的穩(wěn)壓調(diào)節(jié)目標(biāo)，也實現(xiàn)ZVS的調(diào)節(jié)功能，實現(xiàn)較高的效率工作。開關(guān)頻率的變化曲線如圖6所示。

圖6 該控制方式下的頻率變化曲線

該控制方式的優(yōu)缺點簡單分析如下：

1） ACF真正實現(xiàn)ZVS的負(fù)載范圍較窄，只能在DRPC模式下實現(xiàn)。雖然可以提高重載下ACF的峰值效率，但ACF的平均效率預(yù)估較低；

2） DRPC模式下實現(xiàn)ACF的能量主要依靠漏感中的能量，需要漏感大于一定的值，ZVS才可以在全輸入范圍內(nèi)輕松實現(xiàn)；

3） DRPC模式下副邊電流出現(xiàn)“雙包”波形，不利于同步整流控制；

4） DRPC模式下鉗位管并不是嚴(yán)格的ZVS開啟，可能會增大鉗位管開關(guān)損耗；

5） DRPC模式下鉗位管具有較長的續(xù)流時間，不適合采用GaN半導(dǎo)體功率器件；

6） QR模式和FF模式下的谷底導(dǎo)通位置對控制要求較高，也需要考慮實際電路參數(shù)的漂移影響；

7）頻率變化范圍較寬，不利于磁性元件設(shè)計。