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一种多模式(DCMCRMCCM)BOOST PFC 控制方法

关键词:DCM/CRM/CCM 控制器

时间:2022-01-18 10:17:49      来源:网络

轻负载效率越发得到重视,如何提升轻负载?大概可以从降低开关频率,ZVS/VS,等办法来实现。那么使用何种控制方法来控制DCM/CRM/CCM三种不同的功率运行方式呢?如我们所知,CCM要平均电流模式,CRM/DCM要抓ZCD变频控制。如果要把这三种工况统一起来,使用哪一个控制方法能实现呢?

作者: 杨帅 

前言:轻负载效率越发得到重视,如何提升轻负载?大概可以从降低开关频率,ZVS/VS,等办法来实现。那么使用何种控制方法来控制DCM/CRM/CCM三种不同的功率运行方式呢?如我们所知,CCM要平均电流模式,CRM/DCM要抓ZCD变频控制。如果要把这三种工况统一起来,使用哪一个控制方法能实现呢?
 
经过长期思考我找到了Fixed off time的方法,它可以让系统运行在CCM无需斜率补偿,运行在DCM/CRM也可以,而且无需电流内环,实现PFC控制仅需要一个电压环和AC电压采样,也就是乘法器方法,它用来决定电感电流的IPK。那么根据根据不同的功率水平决定不同的off time即可。在一个正弦周期内,可以跨越DCM/CRM/CCM三种模式,下图是参考文献1中关于开关频率的变换展示。

例运行:

(220Vac// Pout = 1.6kW)
 
而且在轻负载情况下,可以直接运行在DCM/CRM模式,在配合降低开关频率一起来达到优化light load的效率。

(220Vac// Pout = 0.26kW)
 
从一个正弦包络来看,也因为过零附件在低频DCM,中间在CCM,也等效的降低了部分硬开关的开关损耗,所以对效率的优化还是有一点点意义。但是对系统效率优化更明显是在低负载进入降频DCM/CRM的运行模式。另外电流内环使用峰值比较的方式,也简化了控制器的设计,无需用户去考虑内环的补偿器的设计问题。因此可见控制模型:


 

控制器设计采样AC电压和DC电压,电压环和AC电压乘法器决定电感电流峰值,当电感电流等于电流设定后,复位积分器产生的ramp,进入off time阶段,然后再设一个off timer比较点,用于翻转PWM输出。控制器设计及其简单,可在全范围内实现极高的PFC效果。

行测试 (90Vac// Pout = 2kW):

放大(为了容易看到多模式工作,我故意设置了很低的开关频率,并非控制器不支持高频工作):

(220Vac// Pout = 2kW):

从这里来看,在高压输入时,开关频率会上升引起开关损耗的问题,因此下一步工作我需要解决的是在高压工作时限制开关上升的问题,可以通过动态的调整一下off time set来解决。但这种融合多模式工作的PFC控制方法必然会引起更多的人去研究和思考。
 
感谢观看,谢谢支持。本人能力有限,如有错误恳请帮忙指正,谢谢。
 
参考文献:

Fixed-off-time control of PFC pre-regulators”, 10th European conference on power electronics and applications, EPE2003, Toulouse, France, paper 382

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