以COT控制方法简化两相交错TCM PFC控制

前言:大家都知道我一直有在跟踪研究TCM PFC的控制实现,为了走出一条新路子,我提出了基于COT(恒定导通时间控制)方法的两相位交错TCM PFC控制方法。该方案无需电流内环,无需采集AC输入电压,即可实现PFC控制,而且稍微在过零点进行一点补偿还能提升ithd效果。是一种非常简单方便的控制方法,在下面的文章中我将简单介绍这个控制方法的思路以及实现。需要说明的是,下文中出现的一些idea都在我以前的文章中出现过,如果不太明白,可以翻一翻以前推送的TCM控制文章。Constant on time控制是一种新颖的PFC控制方法,在无需采样电感电流和AC波形的情况下可以实现PFC控制,它最关键的地方是通过固定斜率的积分器产生的斜坡与电压环的输出进行比较从而得到占空比,在稳态情况下,电压环的输出是固定值,它代表了系统的传输功率水平。而积分器上产生的ramp的斜率也是固定的,因此通过将两者比较可以得到恒定的导通时间。

  根据CRM PFC的功率传输公式,可以得知TON固定并在系统稳态情况,流入电感的电流只和AC输入电压成关系,如果在一个正弦周期内恒定导通时间,则可以实现PFC控制,这里我不准备展开对COT进行介绍,有兴趣可以搜索相关论文和资料。

  电压环主要控制直流侧电压,其输出与固定斜率可变长度的积分器产生的ramp进行比较:

  PWM周期控制由RS触发器来实现,这里为了简单考虑,关闭boost主开关管仅引入了峰值电流限制和COT控制的关闭信号。PWM周期的复位是由TCM控制中为了实现ZVS而设置的续流管延长的导通时间所产生的负向电流峰值所设置,考虑到AC的电压极性变化,因此使用了可以调整输入的逻辑器件,来解决在不同AC电压极性时的电感负向电流比较值,同理PWM输出侧也基于这个思路。  但是TCM本质上是临界模式CRM的衍生,他也需要变频错相控制,在前天我使用了基于LPF低通滤波器来进行闭环控制实现闭环锁相的控制,但是测试中发现如果输入上存在AC扰动,则相位锁定电路会一直在调整,而且响应也比较慢。因此我开始回想到我在之前提出过一种基于LPF得到积分器的平均值的方法,可见:《TCM模式BUCK/BOOST在数字环境中控制实现与思考》。但是我进行又基于这个idea把变频错相的控制在一次简化,我的出发点是:  基于COT的控制思路,它的PWM产生是由积分器的RAMP和电压环的输出比较,然后周期靠ZCD刷新,这样可以产生完整的PFC控制。由于积分器的输出是三角形的RAMP,对其做LPF取平均值后输出约等于其峰值的一半,因此我把主路积分器的输出经LPF后的输出再与主路的RAMP比较,就能得到滞后0.5周期长度的同步点,这个点标志着滞后主路积分器输出RAMP的半个周期,然后用这个同步信号复位辅路积分器。这样就完美的实现了基于COT的交错TCM PFC,可见:

可见效果:上图为主路积分器RAMP,下部分为辅路RAMP,效果完美!

整体的控制逻辑:

功率:

运行测试:VAC 155V,50HZ,Pload = 2.2KW:

(启机)

(稳态波形)

(2phase TCM 一)

(2phase TCM 二)小结:以COT的思路简化了2phase TCM PFC的控制,其中基于LPF取主路ramp平均值的方法快速稳定的实现了相差控制,达到了设计目的,是一种简单可行的方法。本人能力有限,如果错误恳请帮忙指正,谢谢观看,感谢支持。  在实际应用中还需要考虑到电感量的偏移,ZCD监测的时间延迟,负向电流的峰值计算,在不同电压情况下的ithd优化都非常需要极具耐心和细心的处理,总而言之要做好TCM PFC确实不容易!

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  • lishengsdx 2023-03-15 19:47
    杨帅你好,看了一些你的文章,感觉你很有创新性的想法,做的内容也比较高端,就是理论推导计算方面的内容太少了,很多读者都看不太懂,能否增加点推导过程,让大家更容易理解。
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