连续导通型PFC控制环路的设计
　　
　　张宝华(译文)
　　
　　(北京半导体器件五厂,北京100015)
　　
　　摘要:介绍和提供模型、工具以改善控制环路的特性,不仅要确保在窄的带宽下提高功率因数,还要给出足够的相移区域,以使系统在整个工作范围内稳定工作。
　　
　　关键词:连续导通;相移区域;PFC控制器
　　
　　1概述
　　
　　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,而采用平均电流控制方式实现单位功率因数。
　　
　　传统的二极管整流放在电子设备前端,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干扰导致供电系统变坏,为此国际标准IEC61000-3-2的谐波调整内容采用有源功率因数校正电路的方法于近年流行。对于小功率(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。在其控制电路中，设计容易也比较简单，但其固有的大电流纹波使得DCM方式无法用于大功率电源设备。在大功率应用中，连续电流型(CCM)的PFC更为合适。
　　
　　有关DCM和CCM的区别如图1所示。
　　
　　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,这里介绍的ICE1PCS01仅有8个引脚,而且各种保护都集成进去,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所示。可见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。
　　
　　2 电压环补偿
　　
　　控制环路的组成如图3所示,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)。
　　
　　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)
　　
　　误差放大器补偿电路示于图5,传输函数为:
　　
　　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,并为环路稳定建立起足够的相移区域。
　　
　　2.3PWM调制G2(s)
　　
　　由于CCM工作方式是固有的,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Ucomp送到PWM方框中去控制平均升压电感电流。
　　
　　2.4功率级G3(s)
　　
　　功率级的传输函数G3(s)定义如下
　　
　　此处,Uout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。
　　
　　(1)Uout/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(Uout/Iout),由于Cout的ESR远在跨越频率之外,可以忽略不计。
　　
　　几个代数操作可展示出并联电阻Re等于总直流负载电阻Rout。于是,它的改变仅取决于系统的输出功率。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,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。
　　
　　在此文中,仅讨论恒功率负载状况。
　　
　　(2)Iout/IAVE
　　
　　电流源Iout的特性可用图7来表示。升压二极管电流,由平均放电的电感电流在给定开关周期内求出,低频电流平均超过半个周期,成为直流输出负载Iout。
　　
　

　【红尘有你】