基于PSIM的ICE單周期芯片建模仿真

本期接著建模PFC芯片，單周期平均電流控制英飛凌ICE系列，這里以1PCS01作為建模參考芯片，2PCS01和3PCS01整個系列控制方式都是一樣的。單周期平均電流控制應(yīng)用越來越廣泛，不僅是傳統(tǒng)的有橋PFC可以應(yīng)用，為了提高效率的無橋PFC數(shù)字控制應(yīng)用也越來越多。單周期控制省略了傳統(tǒng)控制芯片的乘法器和電壓采樣，大大簡化了外圍元件電路，其中平均電流控制增強了電路的抗擾性。幾乎所有的PFC校正電路都是等效輸入電壓和電流的線性關(guān)系校正，也就是負載成阻性，電流能夠有效跟蹤電壓，ICE的控制核心也是這樣，那么它是如何建立輸入電流和電壓的關(guān)系的了：

我們都知道在輸入電壓峰值處即穩(wěn)態(tài)的時候有Don=（Vo-Vin）/Vo,電流連續(xù)，所以Vin=Vo*Doff，我們需要得到的是Vin和電流的線性關(guān)系，Vo是常數(shù)，那么我們需要的到關(guān)系就是Doff和電流的線性關(guān)系，即Doff=k*iL，一切工作圍繞K值去進行。

在連續(xù)模式中，每個開關(guān)周期的結(jié)束，會有一個直流偏置電流，這個偏置電流在輸入電壓達到峰值處，累計到最大值，之后隨著輸入電壓過零，偏置電流也恢復到零，電感磁復位。偏置電流由電感充電和放電兩部分：

只需要建立iL和Doff之間的傳遞函數(shù)關(guān)系即可，就形成了整個電流閉環(huán)回路，根據(jù)芯片資料，我們可以看到，芯片采樣了電感電流，并且將帶有紋波的電感電流經(jīng)過濾波放大之后，得到平均的電感電流Vicomp,和三角波進行切割，進而得到Doff，反之就是驅(qū)動占空比。

整個工作原理就是，鏡像電流I1和電壓環(huán)輸出的數(shù)據(jù)M1相乘，在跨導運放的負端會有一個電壓，進而跨導運放輸出電流對電容Cicomp進行充電，產(chǎn)生Vicomp電壓。

這個模塊的主要功能是將具有開關(guān)成分的電感電流濾波成平滑的電流，也就是Cicomp的選取決定了濾波器的截止頻率，設(shè)定截止頻率為fil，則電容容量

由于開關(guān)頻率都是幾十K赫茲，截止頻率一般選取1/3~1/5左右，截止頻率依然會是K級別，對于整流后的100Hz來說，幾乎沒有任何衰減作用，在100hz處

我們就得到了成比例的 iL值。

Ramp就是三角波，Ramp的幅值是電壓環(huán)提供的M2和一個常數(shù)9.183的乘積，也就是隨著電壓環(huán)的變化，三角波幅值是變化的，增益

我們就建立了Doff和iL的關(guān)系即：

我們將電流環(huán)的傳遞函數(shù)補充完整：

M1和M2是通過電壓環(huán)的輸出計算出來的，規(guī)格書給出了如下對應(yīng)值：

根據(jù)這些對應(yīng)點，需要擬合關(guān)系曲線，用實際PSIM器件建模非常復雜，我們直接在PSIM里面用程序代替，每兩個點之間擬合直線，通過任意Vcomp計算出M1和M2的值。

Vcomp是電壓環(huán)的輸出，規(guī)格書如下：

參考電壓是5V，也是經(jīng)過一個跨導給Vcomp腳的補償電路充電，跨導42uS,當Vsense腳電壓小于4V，處于緩起狀態(tài)，以10.8uA的電流給補償電路充電，直到Vsense大于4V跳出緩起狀態(tài)。由于電壓環(huán)帶寬太低，增加了一個增強動態(tài)響應(yīng)的功能，當Vsense低于4.75V時，會額外去增加電壓環(huán)的輸出，增加值最大為2，當Vsense大于5.25V時，電壓環(huán)會減小輸出，最多減去4.直接跳過電壓環(huán)補償，加快動態(tài)響應(yīng)。

電壓環(huán)

電流環(huán)

PWM發(fā)波

原理圖

搭建原理圖電路仿真，波形如下：

120Vac輸入

220Vac輸入

264Vac輸入