一种Bang Bang控制的多模式PFC的实现与思考

前言:在之前多模式PFC的研究中,我总是想在一个工频的周内让BOOST变换器实现DCM/CRM/CCM的多模式跨越,因此提出了恒定OFF、ZIN多模式等一些想法和实施。但是如果我不考虑在一个工频周期内实现多工作模式的变化,那么可以以这种方法同样实现对全范围的效率优化:

1、低压80~120V,重负载CCM,中负载CRM,更轻负载DCM,重点优化中轻负载效率,同时可以保证极高的ithd。2、高压200~230V,重载CRM,中负载CRM,更轻负载DCM,重点优化中轻负载效率,同时可以保证极高的ithd。这种方式在MPS的HR1211上实现了比较好的全范围效率和ithd效果,因此我也在想跟踪这种实现思想来进行控制策略上的研究。可知这些多模式的工作方法,需要在控制策略是兼容CCM/CRM的控制,那么传统的平均电流模式(CCM)和COT这种适应于CRM的控制将不能继续使用。这里我提出继续使用bang bang control来实现多模式的PFC控制。可见逻辑图为:

可见在CCM/CRM上只需要区分出OFF TIMER对电感电流的处理,CCM控制电感电流在OFF时不为零,CRM根据电感电流为0来进行开关频率调节。控制模型为:

ON TIME用乘法器耦合电网电压幅度和相位与电压环输出,作为电感峰值电流的设定。OFF TIME在CCM时取电感电流纹波作为OFF时电感电流下降幅度的判断,碰到后重新开周期。CRM时直接把电感电流的判定设到0或以下,来实现ZVS开关。多模式设定:根据电压环的输出,在50%负载以下时,逐步将电感纹波电流的比例从正负20%,调节到100%,就是CRM取三角波的50%作为平均值。目前仅对电压环的输出做了纹波比例的判定,后续的研究中还会引入电网电压的RMS值和负载动态的其它控制量,来提升性能。本控制方法无需电流内环,控制简单,实现容易。并且在多模式和ithd的控制效果驱动了非常好的效果。由于BBC并不完全固定工作频率,因此该种变换器即使是在CCM时开关频率也会按正弦规律变化,即使输入低压时频率高、在AC高压区域时开关频率低。所以可以把CCM模式的AC过零点的频率放在60K附近,这样可以保证在整个CCM区域工作都不会高于60K的频率,实现低的传导干扰。工作频率的变化在CRM上更明显,特别是当进入轻负载时,就不能一直提升频率,而是需要对最高频的频率钳位,由CRM转为DCM工作。木有CRM/DCM的频率钳位的实现还在思考,是后续的计划。功率:

测试:1、AC 110V/60HZ、输出400VDC、负载1.6KW,启机,CCM:

2、AC 220V/60HZ、输出400VDC、负载0.53KW,CRM:

CCM的频率控制:

CRM的频率控制:

小结:根据BBC的原理实现了CCM/CRM的多模式工作PFC的控制,并取得不错的效果,该控制无需电流内环,调试简单实现容易,是一种不错的实现方法,但是因为工作频率不固定,可能会存在多频段干扰的问题,这也是需要重点考虑的地方。

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