一种简单的CCM PFC控制方法:NCP1654的控制策略学习

前言:

NCP1654是一颗久经市场考验的PFC控制器,广泛应用在500~2KW的CCM PFC应用,仅为8脚SOCI封装,控制器外部可调参数极少,性能却很优秀,非常值得我们学习它的核心控制策略。

PRINCIPLE OF NCP1654 SCHEME

上图32展示了电感电流在CCM的波形,其中在t1阶段电流上升,t2阶段电流下降,可以推导出这种模式的电压转换比例:

输入电容器Cfilter和前端EMI滤波器能把高频开关电流IL变为低频工频电流IL-50,也就是AC输入电流。IL-50以50/60HZ频率工作,从公式1和公式2可以得到输入阻抗Zin为:

当输入阻抗Zin以恒定或以50/60HZ小幅度变化时就可以实现功率因数校正的功能。

PFC的调整方法和时序波形可见图33所示,其中MOSFET导通时间为t1,它由参考电压VREF和斜坡电压Vramp相等时决定,eq4所示:

Vramp为内置的PWM斜坡电压,它由Ich电流源对Cramp充电产生,并在Clock电容放电而复位到零。在系统控制原理上Ich这个电流源的大小与输入电压的幅度存在正比例关系。

Vm 是乘法器的输出电压,内部乘法器是电流源输出,在外部电阻Vm产生电压并由Cm做低通滤波处理。

Ich是内部充电电流源

Cramp是内部的电容器

Vref是电压环内部产生的参考电压,它送到PWM比较强的负向端,

乘法器的输出在t1阶段关系为VREF减去在t1决断Ich为Cramp电容充电的电压:

综合eq3,eq6可以把输入阻抗Zin写为:

在eq7中Vref和Vout在稳态时都是恒定值,乘法器输出电压Vm被            设计为正比例与IL-50,以实现PFC目的。

可见图34所示,Vm原始信号是电感电流IL上的开关纹波,因为开关纹波不够准确会导致占空比异常,也就是峰值电流模式。为了解决这个问题,在乘法器外部增加一个高频滤波电容,滤除高频纹波得到Vm的平均值,则调制方法变为了平均电流模式,从而具有更好的性能。

乘法器电压由下式决定:

Rm是乘法器外部连接的电阻,RM直接决定了最大的输入功率

Vbo是AC输入电压的RMS值

Ics是电感电流IL的采样值

Vcontrol是电压环的输出电压

 

图38是电压环的OTA运放,Vout是PFC输出电压的采样,电压环的输出Vcontrol决定了系统的功率输出水平。

规格书中的其它东西就与控制方法关系不大了,这里梳理一下这种PFC控制方法的实现:它把固定ramp与VREF比较产生的固定占空比上增加了乘法器的输出VM的影响,当VM被控制为正弦时,PWM上产生占空比也是在开环占空比叠加了VM的影响,这是这里起到了PFC的效果。乘法器中把电感电流和电压环建立起关系,其中电压环的输出做法除数,当负载变化时电压环输出减小为了Vm的电压恒定(因此VREF固定),输入电流也会跟随着减小。

这种控制方法的关键公式是eq7,这里推导出只要把Vm的波形与IL-50一致就可以保证输入阻抗是恒定的,实现PFC的目的。另外在eq8,把电压环输出和电感电流采样联系起来。已知在系统稳态工作时,电压环的输出是固定值,因此eq8实际上就是等于电感电流采样和电网电压前馈的意义。那么eq7和eq8如何来控制到相等呢?我之前一直是没想通,因为这里没有传统CCM PFC的电流内环的控制器,它这里如何实现IL-50与Vm相等的闭环?答案就是PWM比较器逻辑,Vramp与Vm叠加后,与VREF比较。在Vramp与Vref的开环占空比上叠加了电感电流的波形后,在正弦波波的两边占空比大,中间占空比小,整个AC周期内占空比以AC波形反方向变化占空比,以峰值比较的方式来实现高增益电流内环,其效果不比使用运放的平均电流模式内环效果差。

控制:

小结:以NCP1654规格书为参考了解了这种控制输入阻抗恒定的实现PFC的方法,其内环以电感电流平均值比较的方式实现高增益内环,实现了极高的PFC效果。

感谢观看,如果有错误恳请帮忙指定,谢谢支持。

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 3
收藏 7
关注 616
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