西門(mén)子PLC模塊6ES7313-6BG04-0AB0

3種模式的對(duì)比

●這三種模式,，其本質(zhì)上的區(qū)分是流過(guò)電感的電流。

★CCM,，電感電流是連續(xù)的；

★BCM,，電感電流不連續(xù),，但不會(huì)持續(xù)為0；

★DCM,，電感電流有持續(xù)為0的時(shí)候,。

●從電源功率來(lái)說(shuō)：CCM > BCM > DCM。

★理論上來(lái)說(shuō),，高功率的也可以用于低功率,，但CCM的控制環(huán)路存在巨大缺陷,，無(wú)法做到高切換頻率,，因此在小功率段通常是不使用CCM的,。

BCM的實(shí)現(xiàn)方法

●要讓BCM的平均電流為正弦，需要兩個(gè)條件：

★流過(guò)電感的電流的峰值包絡(luò)為正弦,；

★輸入平均電流和電感峰值成比例,。

●對(duì)于第二個(gè)條件,，除了boost外,，其他拓?fù)涠甲霾坏?，如下圖所示：

★Boost拓?fù)湓谡麄€(gè)周期內(nèi)都有輸入電流，平均電流正好是包絡(luò)電流的1/2,，而對(duì)于其他拓?fù)洌挥性赥ON時(shí)間內(nèi),，輸入電流才有,，Toff時(shí)間內(nèi)輸入電流為0,，這樣就導(dǎo)致平均電流和峰值電流并不是一個(gè)固定的比例關(guān)系,。

Boost實(shí)現(xiàn)BCM的方法

●電路需要得到2個(gè)時(shí)間點(diǎn)，當(dāng)前周期的TON結(jié)束和當(dāng)前周期的TOFF結(jié)束的時(shí)刻,。

★當(dāng)前周期的TON結(jié)束由電流峰值比較器來(lái)檢測(cè),，而TOFF的結(jié)束由過(guò)零比較器來(lái)檢測(cè)。

導(dǎo)通時(shí)間的問(wèn)題

●仔細(xì)觀察BCM,，可以看到導(dǎo)通時(shí)間貌似是恒定的,，這個(gè)不是故意畫(huà)得一樣，而是有原因的

●電感上的電流可以用如下公式來(lái)表示：

●這個(gè)公式可以看到,，電感上的電流直線上升，上升斜率取決于輸入電壓,，而上升的終點(diǎn)同樣取決于輸入電壓，這樣就導(dǎo)致導(dǎo)通時(shí)間最終和輸入電壓無(wú)關(guān)了。

PFC方法的改進(jìn)-固定導(dǎo)通時(shí)間

●又前面的分析可知,，Boost實(shí)現(xiàn)PFC后，導(dǎo)通時(shí)間變成恒定了,，那么反過(guò)來(lái),，一上來(lái)就將導(dǎo)通時(shí)間設(shè)成恒定，是不是也能實(shí)現(xiàn)PFC,，答案是肯定的,。

★改進(jìn)后，就成了主動(dòng)固定導(dǎo)通時(shí)間,，因而省掉了峰值電流比較電路,。

★固定導(dǎo)通時(shí)間是目前非常主流的PFC技術(shù)，適合用數(shù)字控制,，計(jì)數(shù)器產(chǎn)生固定寬度的正脈沖,，每次過(guò)零比較器檢測(cè)到退磁點(diǎn)，便產(chǎn)生一個(gè)正脈沖,。

西門(mén)子PLC模塊6ES7313-6BG04-0AB0

PFC電源調(diào)整輸出電壓的方法

●很多電源都有穩(wěn)壓的需求,，所謂穩(wěn)壓實(shí)際上就是調(diào)整電源傳遞的能量，對(duì)于固定導(dǎo)通時(shí)間來(lái)說(shuō),，調(diào)整峰值電流的包絡(luò)線就可以調(diào)整平均電流，也就調(diào)整了輸入功率,，進(jìn)而調(diào)整了輸出電壓,。

★因?yàn)檩斎腚妷簽锳C，總是不變的,，因此電感上電流斜率是不變的,，縮放包絡(luò)線后，相當(dāng)于改變了峰值電流比較器的閾值,，電感上的電流三角波會(huì)變化,，包絡(luò)線越矮，平均電流越小，輸出功率越低,，TON時(shí)間越短,，開(kāi)關(guān)的切換頻率越高。

輸出穩(wěn)壓的方法

●由前面的分析可知,，要調(diào)整輸出電壓,，只需要調(diào)整TON即可，因此將輸出電壓反饋回來(lái),，調(diào)整TON即可,。

BCM的問(wèn)題和解決

●BCM的特點(diǎn)是輸出功率越低，切換頻率越高,，如果電源本身需要在較大的輸出功率內(nèi)切換,，比如調(diào)光，需要在1%-100%之內(nèi)切換,，開(kāi)關(guān)管的切換頻率也需要接近100倍的變化范圍,。

★這么大的變化范圍是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，無(wú)論是MOS還是電感,，都不可能在這么大的切換頻率內(nèi)始終保持工作狀態(tài),。

●解決方法是在每個(gè)周期插入死區(qū)等待時(shí)間，使BCM變成DCM模式,。

加入死區(qū)等待的DCM

●如果需要降低輸入電流,，可以不調(diào)整TON ，但是在每個(gè)切換周期后面增加等待時(shí)間,，輸入電流降低越多,，等待時(shí)間越長(zhǎng)，在TON不變的情況下,，輸入電流越低,，頻率越低。

★如果調(diào)整范圍不大的話,，加入死區(qū)等待就足夠了,，如果調(diào)整范圍大的話，可以結(jié)合死區(qū)等待和包絡(luò)線調(diào)整,，或者以一個(gè)為主,，另一個(gè)為輔，比如以包絡(luò)線為主,，死區(qū)等待為輔,，或者使用兩個(gè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)更精細(xì)的調(diào)整。

--數(shù)字控制的方式,，TON的最小調(diào)整粒度為1個(gè)TCLK ,，而引入死區(qū)等待（補(bǔ)償）后,，最下調(diào)整粒度可以高于一個(gè)TCLK。

結(jié)合死區(qū)等待后的穩(wěn)壓算法

●同時(shí)使用調(diào)節(jié)TON和TDEAD后,，控制算法會(huì)變得復(fù)雜,，一種算法思路如下：

★以TON為主來(lái)調(diào)節(jié)輸出功率，通過(guò)TON調(diào)節(jié)包絡(luò)線的高度,，TDEAD存在是為了調(diào)節(jié)頻率,，這樣就得到了2種方法：

--先調(diào)TON ， TON調(diào)不動(dòng)了后再調(diào)TDEAD ,，或者先調(diào)TDEAD,，再調(diào)TON；

--先調(diào)TON ,， TON調(diào)不動(dòng)了后再調(diào)TDEAD ,，或者先調(diào)TDEAD，再調(diào)TON,；

對(duì)比幾種算法

●從開(kāi)發(fā)難度來(lái)說(shuō),，一次調(diào)一個(gè)參數(shù)肯定比一次調(diào)多個(gè)參數(shù)要簡(jiǎn)單，但一次調(diào)多個(gè)參數(shù)可以實(shí)現(xiàn)更豐富的算法,，比如對(duì)參數(shù)進(jìn)加權(quán),，就可以實(shí)現(xiàn)不同的曲線效果，甚至可以做到自始至終切換頻率不變,。

★注意到兩個(gè)參數(shù)的曲線總是不同趨勢(shì)的,， TON增加，切換頻率降低,，而TDEAD減少,，切換頻率升高，因此理論上可以做到切換頻率不變,。

死區(qū)時(shí)間的多周期均衡關(guān)系

●在BCM情況下,，平均電流天然就是正弦，而引入死區(qū)等待后,，變成DCM,，平均電流不再能天然正弦，這個(gè)時(shí)候需要使用數(shù)字算法來(lái)均衡每個(gè)周期的TDEAD,，使平均電流依然既能保持正弦形狀,。

★所謂均衡，就是指插入到各個(gè)周期內(nèi)的TDEAD保持一定的關(guān)系,。

●均衡算法的開(kāi)發(fā)思路如下：

擴(kuò)展到其他拓?fù)?/p>

●前面分析過(guò)，Boost相比其他拓?fù)涞膬?yōu)勢(shì)在于TON和TON都有輸入電流,，但引入死區(qū)時(shí)間后,，TDEAD還是沒(méi)有電流,，此時(shí)Boost相比其他拓?fù)涞膬?yōu)勢(shì)實(shí)際上沒(méi)有了，因此可以使用任何拓?fù)鋪?lái)實(shí)現(xiàn)PFC,。

●假設(shè)依然使用固定導(dǎo)通時(shí)間,，其他拓?fù)涞腡DEAD均衡算法開(kāi)發(fā)思路如下：

PFC和恒流的沖突

●前面都是通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電壓來(lái)調(diào)整輸出功率，但很多應(yīng)用中是通過(guò)調(diào)節(jié)輸出電流來(lái)調(diào)整輸出功率的,，這就給PFC帶來(lái)了很大的一個(gè)難題,。

★穩(wěn)壓和穩(wěn)流最大的不同，在于穩(wěn)壓只需要保證很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)平均輸出電壓恒定即可,，而目前的穩(wěn)流技術(shù)則需要使得每個(gè)切換周期的電流都保持恒定,。

--為什么電壓可以看一段時(shí)間平均電壓，因?yàn)樨?fù)載端都帶有大電容,，這個(gè)電容上的電壓就是一段時(shí)間內(nèi)的平均電壓,，將這個(gè)電壓采樣反饋到輸入，就可以調(diào)節(jié)平均電壓,。

--而電流則不行,，目前沒(méi)有方法能讓每個(gè)周期電流都變化，而平均電流在一段時(shí)間內(nèi)保持恒定,，因?yàn)闆](méi)有辦法來(lái)采樣一段時(shí)間內(nèi)的平均電流,。

●PFC要求電流為正弦狀，也就是每個(gè)周期都不一樣,，而恒流要求電流每個(gè)周期都一樣,，這樣就形成了一對(duì)不可調(diào)和的矛盾。

解決PFC和恒流的沖突

●目前沒(méi)有看到有很好的方法能夠簡(jiǎn)單的同時(shí)提高PF和恒流精度,，已知的幾種方法如下：

★采樣2級(jí)方案,，第一級(jí)為Boost，實(shí)現(xiàn)高PF,，第二級(jí)實(shí)現(xiàn)恒流,，這樣就避開(kāi)了兩者的沖突，但缺點(diǎn)是成本高,；

★采用切分周期的方法,，將一個(gè)AC周期分成多個(gè)時(shí)間段，一些時(shí)間做PFC,，另一些時(shí)間做恒流,，如下圖所示，這樣可以單級(jí)實(shí)現(xiàn),，但效果相比2級(jí)就要差一些了,。

●對(duì)于大功率，成本不敏感的場(chǎng)合來(lái)說(shuō),，使用2級(jí)方案是很合適的,，但對(duì)于成本敏感的場(chǎng)合,，就需要下很大的功夫來(lái)進(jìn)行優(yōu)化了。