基于提高數(shù)字無(wú)橋PFC拓?fù)涞母咝阅茈娫丛O(shè)計(jì)性能分析

就一個(gè)在穩(wěn)態(tài)工作的升壓型轉(zhuǎn)換器而言，升壓電感的二次電壓應(yīng)在每一開(kāi)關(guān)周期內(nèi)都保持平衡：

通過(guò)(3)式，平均電感電流Iave被表示成瞬時(shí)開(kāi)關(guān)電流Isense.期望電流Iave和Isense為電流控制環(huán)路的電流參考。檢測(cè)到實(shí)際的瞬時(shí)開(kāi)關(guān)電流后，與該參考對(duì)比，誤差被送至一個(gè)快速誤差A(yù)DC(EADC)，最后，將數(shù)字化的誤差信號(hào)傳送至一個(gè)數(shù)字補(bǔ)償器，以關(guān)閉電流控制環(huán)路。動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)環(huán)路補(bǔ)償器

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.不過(guò)，由于PFC的輸入范圍非常寬，它可以從80Vac擴(kuò)展至高達(dá)265Vac，因此，在低壓線路擁有較高性能的補(bǔ)償器，在高壓線路上可能無(wú)法很好工作。最好的方法是根據(jù)輸入電壓相應(yīng)地調(diào)節(jié)環(huán)路補(bǔ)償器。這對(duì)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)于一些數(shù)字控制器(例如：UCD3020)來(lái)說(shuō)，則可以輕松實(shí)現(xiàn)。

該芯片中的數(shù)字補(bǔ)償器是一種數(shù)字濾波器，它由一個(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?？刂茀?shù)(即所謂的系數(shù))被保存在一組寄存器中。該寄存器組被稱作存儲(chǔ)體(bank)。共有兩個(gè)這樣的存儲(chǔ)體，并且它們可以存儲(chǔ)不同的系數(shù)。任何時(shí)候，只有一個(gè)存儲(chǔ)體的系數(shù)有效并用于補(bǔ)償計(jì)算，而另一個(gè)則處于非工作狀態(tài)。固件始終都可以向非工作存儲(chǔ)體加載新的系數(shù)。在PFC工作期間，可以在任何時(shí)候調(diào)換系數(shù)存儲(chǔ)體，以便允許補(bǔ)償器使用不同的控制參數(shù)，以以適應(yīng)不同的運(yùn)行狀態(tài)。

圖5 低壓線路的VIN和IIN波形(VIN=110V，負(fù)載=1100W，THD=2.23%，PF=0.998)

有了這種靈活性以后，我們可以存儲(chǔ)兩個(gè)不同的系數(shù)組(一個(gè)用于低壓線路，另一個(gè)用于高壓線路)，并根據(jù)輸入電壓交換系數(shù)。環(huán)路帶寬、相位裕度和增益裕度在低壓線路和高壓線路下都可優(yōu)化。利用這種動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)的控制環(huán)路系數(shù)，并使用固件補(bǔ)償變流器可能出現(xiàn)的偏移，可以極大改善THD和PF.圖5、6是基于1100W無(wú)橋PFC的測(cè)試結(jié)果，在低壓線路上的THD為2.23%，高壓線路上的THD為2.27%，而PF則分別為0.998和0.996。

圖6 高壓線路的VIN和IIN波形(VIN=220V，負(fù)載=1100W，THD=2.27%，PF=0.996)改善輕載時(shí)的PF

每個(gè)PFC在輸入端都有一個(gè)電磁干擾(EMI)濾波器。EMI濾波器的X電容會(huì)引起AC輸入電流超前AC電壓，從而影響PF.在輕載和高壓線路下，這種情況將變得更糟糕：PF很難滿足嚴(yán)格的規(guī)范。要想增加輕載時(shí)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？

圖7 測(cè)量到的VIN無(wú)延遲

我們知道，PFC電流控制環(huán)路不斷嘗試強(qiáng)制電流與其參考匹配。該參考基本上是AC電壓信號(hào)，只是大小不同。因此，如果我們能夠延遲電壓檢測(cè)信號(hào)，并將延遲后的電壓信號(hào)用于電流參考生成，便可以讓電流延遲，來(lái)匹配AC電壓信號(hào)，從而使PF得到改善。這對(duì)一個(gè)模擬控制器來(lái)說(shuō)比較困難，但對(duì)數(shù)字控制而言，只需幾行代碼便可以實(shí)現(xiàn)。

圖8 測(cè)量到的VIN被延遲300us

首先，輸入AC電壓通過(guò)ADC測(cè)量。固件讀取測(cè)量到的電壓信號(hào)，再加上一些延遲，然后使用延遲后的信號(hào)來(lái)生成電流參考。圖7、8顯示了1100W無(wú)橋PFC的測(cè)試結(jié)果。在該測(cè)試中，VIN=220V，VOUT=360V，而負(fù)載=108W(約滿載的10%)。通道1為IIN，通道2為VIN，通道4為帶延遲的測(cè)量到的VIN信號(hào)。圖7中，測(cè)量到的VIN沒(méi)有增加延遲，PF=0.86，THD=8.8%.而在圖8中，測(cè)量到的VIN信號(hào)被延遲了300us，這種情況下，PF被改善到0.90.此外，還可以進(jìn)一步改善PF，但這將以犧牲THD為代價(jià)，因?yàn)檫M(jìn)一步延遲電流參考，將在AC電壓交叉點(diǎn)處產(chǎn)生更多的電流失真。在圖9中，測(cè)量到的VIN被延遲了500us，此時(shí)，PF被改善到0.92.但是，電流在電壓交叉點(diǎn)處出現(xiàn)了失真。結(jié)果，THD變得更糟糕，達(dá)到11.3%。