交错TCM PFC的相位管理思考与实现

前言:在之前的研究中,我更多是按硬件的思想来对TCM PFC控制进行分析。比如说,在交错同步的相位管理中,我更多的是依靠主路的ZCD信号来刷新的开关周期,然后再继续低通滤波器或者说DSP的片上捕获单元ECAP模式来对主路PWM进行计数,然后得到主路的PWM周期,再将主路的周期一半的地方写入到从相的滞后角度寄存器里面,从相的周期和滞后时候都依靠捕获单元来进行控制。早期研究内容:

  1. 妙用数字逻辑巧解多相TCM控制中的变频错相同步问题 by ETH Kolar团队
  2. 以COT控制方法简化两相交错TCM PFC控制
  3. 以COT控制方法简化两相交错TCM PFC控制 P2

最近与一些前辈们交流,逐渐让我感悟到其实方法还是很多的,不一定就想需要用捕获ECAP来做。问题的核心观点是:TCM/CRM PFC的周期是在变化的,而且依靠ZCD信号来确认开关周期。那么在程序运行中,我们事先是并不能知道开关周期的长度,所以在对从相的频率和相位管理的时候,就很难搞。至少之前我没有想到好方法(毕竟能力有限)

因此,我提出这种思考,在CRM/CCM中,DON和DOFF的占空比和伏妙必然会达到平衡。该算式为:Don = 1.0 -fabsf(Vac)/Vpfc。我们在使用COT的控制方法对TCM PFC控制时,电压外环的输出就是TON,因此组合Don和环路计算的Ton,可以直接计算出当前输入/输出电压情况下,TON对应在CRM/CCM模式下的开关周期长度。下面是COT控制的PFC的外环,引入了电压电压RMS做前馈。

在DSP的实现中,可以把VLOOP直接与PWM的周期计数器比较得到TON时间。在这种工作模式的设计下,不难不做满足CRM工作下的开关周期计算值。Tsw = Vloop /(1.0f - Fabsf(Vac)/Vpfc_out)。

剩下的关键是如何考虑TCM工作模式做需添加的额外续流开关的导通时间。在《Characterization and Application of Wide-Band-Gap Devices for High Frequency Power Conversion,  Zhengyang Liu》论文中大佬直接根据TCM的几个工作变量:VIN/VOUT/LF/Coss整理出了能实现ZVS工作的额外的续流时间计算公式:

该公式能自动的根据VAC的电压来计算出SR的额外导通时间,在AC电压低于VOUT/2的区域,计算值为0,就是不增加补偿时间。可见:

实现为:把VLOOP计算出的理论开关周期加上TCM实现ZVS的额外增加时间。

理论情况下,我们基于VLOOP得到的TON时间,VIN/VOUT等情况,可以直接计算出满足当前工作模式的ZVS所需的开关周期了。但是实际上并不能达到这么理想的情况来工作,因此开关周期的控制仍然需要电感电流ZCD 信号采样。至少主路PWM依然需要电流ZCD或者说电流过零点采样。主路的周期计数器使用外部产生的电感电流ZCD来重置,或是依据上述公式所计算得到的周期长度,二者可以使用OR逻辑来对主路开关周期进行控制和管理。

(CH1 TSW/ CH2 T_tcm_sr/ CH3 VLOOP)  因此,在软件中我们就可以实现获得主路工作的PWM周期长度,即可根据所需的交错相位来在中断函数中直接分配相位角度(例如TBPHS = 0.333f * TSW_tcm)。从而快速而简单的实现从路的周期和相位管理。下图是三路交错的周期计数器的输出:

功率:

控制:

运行:

VAC低于0.5*VOUT工作在CRM:

CRM区域:

TCM区域:

输入电压跳变:

小结:将占空比和伏秒公式计算出当前情况下的周期长度,然后根据TCM公式计算出额外所需的增加时间,将二者组合后,得出满足TCM情况工作的开关周期长度,从而在程序中提前获悉功率的周期长度,轻松的实现相位管理。关键字:TCM_TSW_1201参考发波:

声明:本内容为作者独立观点,不代表电子星球立场。未经允许不得转载。授权事宜与稿件投诉,请联系:editor@netbroad.com
觉得内容不错的朋友,别忘了一键三连哦!
赞 4
收藏 5
关注 607
成为作者 赚取收益
全部留言
0/200
成为第一个和作者交流的人吧