连续导通型PFC的控制环路设计.docVIP

连续导通型PFC的控制环路设计 ICE1PCS01控制IC给出了一种全新的连续电流导通型(CCM)的控制方式，给出了全新的控制电路。与传统连续导通型PFC方式相比，它不用直接从AC线路检测正弦信号作为参考信号，采用平均电流控制方式实现单位功率因数。本文我们介绍和提供模型及工具以改善控制环路的特性, 我们的目标不仅要确保在窄的带宽下实现功率因数，还要给出足够的相移区域，以确保系统在整个工作范围内能稳定工作。 1,介绍 传统的二极管整流放在电子设备前端，以从线路上取得决定于线路电压的脉冲电流。产生的辐射及传导的电磁辐射导致供电系统变坏。为此IEC61000-3-2的谐波调整采用有源功率因数较正电路的方法于近年流行。对小功率的(200W)，断续导通型(DCM)的PFC更适用。其成本低廉，它仅有一个控制环, 即电压环。在其控制方框电路中，设计容易也较简单, 但其固有的大电流纹波使得DCM方式无法用于更大功率。在大功率应用中, 连续电流型(CCM)的PFC更为合适。 图1 DCM和CCM的工作原理 图2 ICE1PCS01的应用电路 在传统的CCM方式中，有两个控制环，称作电压环和电流环的传输函数。因此，CCM的控制电路IC引脚很多，我们今天介绍的ICE1PCS01则仅有8个引脚, 而且各种保护特色都集成进去，成为新一代PFC控制器的典型作品。其等效电路及应用电路如图2。我们看到它不直接检测正弦波信号给IC, 在此控制环的补偿设计中仅有一个环路。详细分析如下: 2, 电压环补偿 控制环路方框图如图3, 共有四个方框, 误差放大器G1(S)，IC的PWM调制器G2(S), 升压变换器的功率级G3(S)及反馈检测G4(S)。 图3 电压控制环的方框电路 2.1反馈G4(S) 反馈方框是一个简单的电阻分压器，用于监视大Bulk电容上的输出电压，电路如图4所示。 2.2误差放大器补偿G1(S) 图4 G4的反馈电路 图5 误差放大器的补偿回路 误差放大器补偿电路示于图(5)，传输函数为： 此处gOTA1为OTA1的跨导，典型为42uS 。 极点和零点在整个环路的调整采用跨越整个100Hz以下的频率, 并为环路稳定建起足够的相移区域。 2.3 PWM调制G2(S) 由于CCM工作方式固有的, 在升压式变换中有: 正弦参考信号仅在Doff间隔内获得，控制电压Vcomp送到PWM方框中去控制平均升压电感电流，传输函数G2(S) 表述的细节如下: 2.4功率级G3(S) 功率级的传输函数G3(S)定义如下: 此处,Vout为直流输出电压, Iout为直流输出电流,IAVE为电感电流的平均值。 2.4.1 Vout/Iout 在上述假设之下, 功率级可以如图6建模。可控电流源(并联电阻Re)去驱动输出Bulk电容Cout及负载电阻Rout (Vout/Iout)，由于Cout的ESR远在跨越频率之外，可忽略不计。 几个代数操作就展示出并联电阻Re等于总直流负载电阻Rout。于是，它的改变仅取决于系统的递出功率。这里有两种负载在应用，两种情况将给出不同的结果，两种情况为电阻负载或恒功率负载。对于纯电阻负载。AC负载电阻为R，在恒功率负载如附加一个隔离的DC/DC变换器，则AC负载电阻即等于Ro。如果DC总线减小，则PFC电流就加大，因此展示出负信号。作为结果，与Re联合并趋于无穷，而两电阻取消，电流源仅驱动输出电容，结果总结如下： 在此文中，仅讨论恒功率负载状况。 图6 功率级建模 图7 IOUT/IAVE 的简化特性 2.4.2 Iout/IAVE 电流源Iout物性可用下图7表示。低频元件，升压二极管电流，由平均放电的电感电流在给定开关周期求出，低频电流平均盖过半个周期，成为直流输出负载Iout。 此处，D是开关周期，α是主电压瞬时相角，Vin是输入均方根电压，IAVE-PK用IAVE取代，而Doff为关断期, 则： 在恒功率负载时传输函数G3(S)为: 2.5整个开环的传输函数 合并所有上面的方框, 整个电压环的开环增益为: 由于PF的需要，固有的PFC动态电压环补偿总是采用低带宽的来执行。此为不使源于2*fL纹波。例如对50Hz AC线路输入，PFC电压环带宽通常设置在20Hz以下。补偿电路R4，C2及C3都选用使环路增益及相移区域达到最佳化。 3, 电流环调整率及传输函数G2(S) 用新概念的间接正弦波检测方法ICE1PCS01 集成了电流调整器