本期接著建模PFC芯片,單周期平均電流控制英飛凌ICE系列,這里以1PCS01作為建模參考芯片,2PCS01和3PCS01整個系列控制方式都是一樣的。單周期平均電流控制應用越來越廣泛,不僅是傳統的有橋PFC可以應用,為了提高效率的無橋PFC數字控制應用也越來越多。單周期控制省略了傳統控制芯片的乘法器和電壓采樣,大大簡化了外圍元件電路,其中平均電流控制增強了電路的抗擾性。幾乎所有的PFC校正電路都是等效輸入電壓和電流的線性關系校正,也就是負載成阻性,電流能夠有效跟蹤電壓,ICE的控制核心也是這樣,那么它是如何建立輸入電流和電壓的關系的了:
我們都知道在輸入電壓峰值處即穩態的時候有Don=(Vo-Vin)/Vo,電流連續,所以Vin=Vo*Doff,我們需要得到的是Vin和電流的線性關系,Vo是常數,那么我們需要的到關系就是Doff和電流的線性關系,即Doff=k*iL,一切工作圍繞K值去進行。
在連續模式中,每個開關周期的結束,會有一個直流偏置電流,這個偏置電流在輸入電壓達到峰值處,累計到最大值,之后隨著輸入電壓過零,偏置電流也恢復到零,電感磁復位。偏置電流由電感充電和放電兩部分:
只需要建立iL和Doff之間的傳遞函數關系即可,就形成了整個電流閉環回路,根據芯片資料,我們可以看到,芯片采樣了電感電流,并且將帶有紋波的電感電流經過濾波放大之后,得到平均的電感電流Vicomp,和三角波進行切割,進而得到Doff,反之就是驅動占空比。
整個工作原理就是,鏡像電流I1和電壓環輸出的數據M1相乘,在跨導運放的負端會有一個電壓,進而跨導運放輸出電流對電容Cicomp進行充電,產生Vicomp電壓。
這個模塊的主要功能是將具有開關成分的電感電流濾波成平滑的電流,也就是Cicomp的選取決定了濾波器的截止頻率,設定截止頻率為fil,則電容容量
由于開關頻率都是幾十K赫茲,截止頻率一般選取1/3~1/5左右,截止頻率依然會是K級別,對于整流后的100Hz來說,幾乎沒有任何衰減作用,在100hz處
我們就得到了成比例的 iL值。
Ramp就是三角波,Ramp的幅值是電壓環提供的M2和一個常數9.183的乘積,也就是隨著電壓環的變化,三角波幅值是變化的,增益
我們就建立了Doff和iL的關系即:
我們將電流環的傳遞函數補充完整:
M1和M2是通過電壓環的輸出計算出來的,規格書給出了如下對應值:
根據這些對應點,需要擬合關系曲線,用實際PSIM器件建模非常復雜,我們直接在PSIM里面用程序代替,每兩個點之間擬合直線,通過任意Vcomp計算出M1和M2的值。
Vcomp是電壓環的輸出,規格書如下:
參考電壓是5V,也是經過一個跨導給Vcomp腳的補償電路充電,跨導42uS,當Vsense腳電壓小于4V,處于緩起狀態,以10.8uA的電流給補償電路充電,直到Vsense大于4V跳出緩起狀態。由于電壓環帶寬太低,增加了一個增強動態響應的功能,當Vsense低于4.75V時,會額外去增加電壓環的輸出,增加值最大為2,當Vsense大于5.25V時,電壓環會減小輸出,最多減去4.直接跳過電壓環補償,加快動態響應。
電壓環
電流環
PWM發波
原理圖
搭建原理圖電路仿真,波形如下:
120Vac輸入
220Vac輸入
264Vac輸入
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