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用数字电源控制提高无桥PFC性能

来源:-- 作者:-- 浏览:777

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摘要: 中心议题: 数字控制的无桥PFC 自适应总线电压和开关频率控制 数字控制提高无桥PFC性能方案 解决方案: 通过变流器实现电流检测 动态调节环路补偿器 改善轻载时的PF 非线性控制 由于效率要求不断增长,许多电源制造商开始将注意力转向无桥功率因数校正(PFC)拓扑结构。一般而言,无桥PFC可以通过减少线路电流路径中半导体元器件的数目


首先,输入AC电压通过ADC测量。固件读取测量到的电压信号,再加上一些延迟,然后使用延迟后的信号来生成电流参考。图7、8显示了1100W无桥PFC的测试结果。在该测试中,VIN=220V,VOUT=360V,而负载=108W(约满载的10%)。通道1为IIN,通道2为VIN,通道4为带延迟的测量到的VIN信号。图7中,测量到的VIN没有增加延迟,PF=0.86,THD=8.8%.而在图8中,测量到的VIN信号被延迟了300us,这种情况下,PF被改善到0.90.此外,还可以进一步改善PF,但这将以牺牲THD为代价,因为进一步延迟电流参考,将在AC电压交叉点处产生更多的电流失真。在图9中,测量到的VIN被延迟了500us,此时,PF被改善到0.92.但是,电流在电压交叉点处出现了失真。结果,THD变得更糟糕,达到11.3%.


图9:测量到的VIN被延迟500us

非线性控制

相比电流环路,电压环路控制的复杂度较低。在数字实现时,输出电压VO通过一个ADC检测,然后同一个电压基准比较。我们可以使用一个简单的比例积分(PI)控制器,来闭合该环路。

其中,U为控制输出,Kp和Ki分别为比例和积分增益。E[n]为DC输出电压误差采样值。

如前所述,使用数字控制的好处之一是它能够实现非线性控制。为提高瞬态响应,可以使用非线性PI控制。图10是非线性PI控制的一个例子。误差越大时(通常出现在瞬态),所使用的Kp增益也越大。当误差超出设置限制时,这将加速环路响应,并且,恢复时间也被缩短。对于积分器,则又是另外一种情况。众所周知,积分器用于消除稳态误差。然而,它却经常引起饱和问题,并且其90°相位滞后也将影响系统的稳定性。正因如此,我们使用了一个非线性积分增益(图10)。当误差超出一定程度时,积分增益Ki减小,以防止出现饱和、超调和不稳定的问题。


图10:非线性PI控制。

数字电压环路控制的另一个优点被称为抗积分器饱和,它一般出现在AC下降时。当出现AC下降且下游负载继续吸取电流时,DC输出电压开始下降,而PFC控制环路却仍然尝试调节其输出。因此,积分器积分,并可能出现饱和,这种情况被称为积分器饱和。一旦AC恢复,饱和的积分器便可能引起DC输出电压超调。为防止出现这种情况,则一旦探测到AC恢复,固件便马上复位积分器,并且DC输出达到其调节点。

数字控制器还可以做更多工作,例如:频率抖动、系统监控和通信等,并且还可以为无桥PFC提供灵活的控制、更高的集成度和更高的性能。在一些高端AC/DC设计中,越来越多的设计正在使用数字控制器。

型号 厂商 价格
EPCOS 爱普科斯 /
STM32F103RCT6 ST ¥461.23
STM32F103C8T6 ST ¥84
STM32F103VET6 ST ¥426.57
STM32F103RET6 ST ¥780.82
STM8S003F3P6 ST ¥10.62
STM32F103VCT6 ST ¥275.84
STM32F103CBT6 ST ¥130.66
STM32F030C8T6 ST ¥18.11
N76E003AT20 NUVOTON ¥9.67