介绍

在所有功率因数校正 （PFC） 拓扑中，图腾柱无桥 PFC 提供效率;因此，它被广泛用于服务器和数据中心。然而，闭合连续导通模式 （CCM） 图腾柱无桥 PFC 的电流控制环路并不像传统 PFC 那样简单。在 CCM 中运行的传统 PFC 采用平均电流模式控制器 [1]，如图 1 所示，其中 V裁判是电压环路参考 V外是检测到的 PFC 输出电压，Gv 是电压回路，V在是检测到的 PFC 输入电压 I裁判是电流环参考，I在是检测到的 PFC 电感电流 G我是电流环路，d 是脉宽调制 （PWM） 的占空比。由于桥式整流器用于传统的 PFC，因此所有这些值都是正的，电流反馈信号 I在是整流后的输入电流信号。

图 1PFC 的平均电流模式控制器，其中列出的所有参数均为正值，I在是整流后的输入电流信号。来源：Texas Instruments

新的反馈信号

由于图腾柱无桥 PFC 中的电感电流

但是，霍尔效应传感器的输出不会与感应到的电流 100% 匹配。例如，如果感应到的电流是正弦波，则霍尔效应传感器的输出是具有直流偏移的正弦波，如图 2 所示。因此，您不能将其用作图 1 所示电流模式控制器中的反馈信号，您必须修改控制器以适应这个新的反馈信号。在本 Power Tip 中，我将介绍使用这种新反馈信号闭合电流控制回路的三种方法。

图 2图腾柱无桥 PFC 及其电流检测信号表明，霍尔效应传感器输出不会 100% 匹配感应到的电流。来源：Texas Instruments

方法 1：没有负回路参考的控制器

一些数字控制器，例如德州仪器 （TI） 的 UCD3138，使用硬件状态机来实现控制环路;因此，状态机的所有 input signals 必须大于或等于零。在这种情况下，请按照以下步骤关闭电流控制回路：

1. 通过两个模数转换器 （ADC） 分别感应交流线路和交流中性线电压。
2. 使用固件对检测到的 V 进行整流交流信号，如公式 1 和图 3 所示。

图 3使用公式 1 中所示的固件来整流检测到的输入电压 V交流.来源：Texas Instruments

计算正弦参考 V正弦，使用与计算 I 时相同的方法裁判在传统 PFC 中，如公式 2 和图 4 所示。

图 4计算正弦参考 （V正弦） 使用与计算 I 时相同的方法裁判在传统 PFC 中。来源：Texas Instruments

4. 使用霍尔效应传感器输出作为电流反馈信号 I在直接（公式 3）。

5. 在正 AC 循环期间，如果比较 V正弦和霍尔效应传感器输出，它们具有相同的形状。的区别是直流偏移。用公式 4 计算电流环路参考 I裁判.

6. 控制回路具有标准的负反馈控制。使用公式 5 计算进入控制环路的误差：

7. 在负 AC 循环期间，如果比较 V 的形状正弦和霍尔效应传感器输出，差异不仅仅是直流偏移;它们的形状也是相反的。使用公式 6 计算电流环路参考 I裁判.

8. 在负交流循环期间，电感电流越高，霍尔效应传感器输出的值就越低。控制回路需要从负反馈转变为正反馈。使用公式 7 计算进入控制环路的误差。

  方法 2：基于固件的纯控制器

对于 TI C2000 微控制器等基于固件的纯数字控制器，控制回路通过固件实现，这意味着内部计算参数可以是正数或负数。在这种情况下，请按照以下步骤关闭电流控制回路：

1. 通过两个 ADC 感应交流线路和交流中性线电压。然后用线电压减去中性线电压得到 V在如公式 8 和图 5 所示。

图 5计算 V在使用线电压减去中性点电压后.来源：Texas Instruments

2. 计算正弦电流环路参考 I裁判，使用与传统 PFC 相同的方法，如公式 9 和图 6 所示。

图 6计算 I裁判使用与传统 PFC 相同的方法.来源：Texas Instruments

3. 如果你比较 I 的形状裁判和霍尔效应传感器输出，它们具有相同的形状;的区别是直流偏移量。使用公式 10 计算输入电流反馈信号 I在.图 7 显示了波形。

图 7霍尔传感器输出的波形和用于计算 I 的直流偏移在。来源：Texas Instruments

4. 在正 AC 循环期间，控制回路具有标准的负反馈控制。使用公式 11 计算进入控制环路的误差：

5. 在负 AC 循环期间，电感电流越高，霍尔效应传感器输出的值越低;因此，控制回路需要从负反馈转变为正反馈。使用公式 12 计算进入控制环路的误差。

方法 3：占空比前馈控制

总谐波失真 （THD） 要求越来越严格，尤其是在服务器和数据中心应用中。降低 THD 需要将控制环路带宽推得越来越高。高带宽会降低相位裕量，从而导致环路不稳定。有限的 PFC 开关频率还可以防止带宽变得非常高。要解决此问题，您可以向控制环路添加预先计算的占空比以生成 PWM;这称为占空比前馈控制 （DFF 系列) [2], [3].

对于在 CCM 模式下运行的升压拓扑，公式 13 计算 dFF 系列如：

这种占空比模式有效地在开关两端产生一个电压，该电压在一个开关周期内的平均值等于整流后的输入电压。常规的电流环路补偿器会围绕这个计算出的占空比模式来改变占空比。由于升压电感在线路频率下的阻抗非常低，占空比的微小变化会在电感两端产生足够的电压来产生所需的正弦电流波形，因此电流环路补偿器不需要具有高带宽。

图 8 描述了生成的控制方案。将计算的 d 相加FF 系列到传统的平均电流模式控制输出 d我，得到终占空比 d，用于生成 PWM 波形以控制 PFC。

图 8PFC 的占空比前馈控制，其中加上计算的 dFF 系列到传统的平均电流模式控制输出 d我，得到终占空比 d，用于生成 PWM 波形以控制 PFC。来源：Texas Instruments

要利用 d 的优势FF 系列在图腾柱无桥 PFC 中，请按照以下步骤闭合电流环路：

1. 按照方法 1 中的步骤 2、3、4 和 5 进行作。
2. 计算 dFF 系列，如公式 14 所示。由于 V在是正弦波，其值在负交流周期中为负，请使用其进行计算。

3. 使用公式 15 将 d 相加FF 系列到 G我输出，d我，并获取终的 d。

您也可以使用 dFF 系列控制基于硬件状态机的控制器;有关详细信息，请参见参考文献 [2]。

闭合电流回路

闭合图腾柱无桥 PFC 的电流环路并不像传统 PFC 那样简单;它也可能因控制器而异。此 Power Tip 可以帮助您消除图腾柱无桥 PFC 中控制环路实现的混淆，并为您的设计选择合适的方法。