摘  要:為了利用臨界連續(xù)導(dǎo)電模式功率因數(shù)校正器(PFC)高效的優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用到較大功率場(chǎng)合，提出一種用于臨界連續(xù)PFC的單周期控制策略。采用開關(guān)頻率和采樣頻率可變的方法，利用單數(shù)字信號(hào)處理器實(shí)現(xiàn)了3個(gè)臨界連續(xù)。PFC變換器的并聯(lián)交錯(cuò)運(yùn)行。提出的針對(duì)臨界連續(xù)PFC變換器的單周期控制器無需對(duì)開關(guān)的高頻峰值電流、電感電流過零點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)與判斷，筒化了臨界連續(xù)PFC交換器的控制。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：該方案可實(shí)現(xiàn)臨界連續(xù)PFC變換器輸入電流和輸出電壓的有效控制，可在保證高的輸入功率因教同時(shí)，獲得穩(wěn)定的直流輸出電壓。
關(guān)鍵詞；電源；臨界連續(xù)導(dǎo)電模式；功率因數(shù)校正器；單周期；并聯(lián)交錯(cuò)；數(shù)字控制

    連續(xù)導(dǎo)電模式(continuous conduction mode,CCM)功率因數(shù)校正器(PFC)變換器在工業(yè)中已經(jīng)得到廣泛的應(yīng)用;但是，在CCM PFC中，高壓快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)損耗限制了變換器效率的提高，而在臨界連續(xù)導(dǎo)電模式(critical conductionmode，CRM)PFC可以消除該損耗，而且還可以實(shí)現(xiàn)開關(guān)管開通零電壓、零電流開通(ZVZCS)，且是一種自然的、不用任何輔助功率器件的軟開關(guān)，因此，CRM PFC變換器得到了廣泛的應(yīng)用。
    然而，較大的電感電流紋波導(dǎo)致單開關(guān)CRMPFC變換器一般只適用于小功率場(chǎng)合。為了利用CRM工作模式的優(yōu)點(diǎn)，將其應(yīng)用到較大功率場(chǎng)合，本文提出一種單周期控制方法。基于該方法可容易地實(shí)現(xiàn)CRM PFC變換器并聯(lián)交錯(cuò)運(yùn)行，將CRMPFC變換器應(yīng)用到較大功率場(chǎng)合，同時(shí)，并聯(lián)工作可減小器件的電流應(yīng)力，交錯(cuò)技術(shù)可減小總輸入電流高頻紋波幅值、提高總輸入電流的紋波頻率，降低輸入端EMI濾波器的體積。

1 CRM PFC變換器的工作原理
    CRM PFC變換器的系統(tǒng)原理如圖1所示。

    由圖1可見，主電路采用Boost拓?fù)�，控制部分采用開關(guān)頻率可變的峰值電流控制方法，其中L為電感，D為二極管，S為開關(guān)管�？刂戚斎霝殡娏鱥波形和輸出電壓Udc的幅值。電壓控制環(huán)的輸出Uvea乘以輸入電壓Uac得到電流給定iref,使得輸入電流的包絡(luò)線跟隨iref,實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正和輸出電壓幅值控制。為了使電感電流臨界連續(xù)，實(shí)現(xiàn)開關(guān)管開通的軟開關(guān)以及消除快恢復(fù)二極管的反向恢復(fù)損耗，控制器對(duì)電感電流過零點(diǎn)進(jìn)行了檢測(cè)，使開關(guān)管在電感電流值過零附近開通。

2 針對(duì)CRM Boost PFC的單周期控制器
    由于對(duì)CRM Boost PFC變換器進(jìn)行控制，需對(duì)高頻的電感電流過零點(diǎn)和高頻的開關(guān)電流峰值進(jìn)行檢測(cè)與判斷，因此，要實(shí)現(xiàn)其數(shù)字控制具有一定的難度。因?yàn)槠淇刂埔�求�?shù)字控制器要在一個(gè)高頻控制周期內(nèi)，對(duì)2個(gè)高頻的信號(hào)點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)與判斷，由采樣定理可知，這對(duì)低端數(shù)字控制器來說是很困難的，即使采用數(shù)字控制器的外部中斷可以實(shí)現(xiàn)基本控制，但變換器的控制頻率將很低，滿足不了高功率密度變換器的要求。為此，本文提出一種開關(guān)頻率可變的單周期控制器，只需使用現(xiàn)有的低成本數(shù)字控制器就可以實(shí)現(xiàn)CRM Boost PFC變換器的控制。該控制器只需對(duì)輸入電壓和輸出電壓采樣，無需用硬件電路對(duì)高頻的電感電流過零點(diǎn)和開關(guān)管電流峰值進(jìn)行檢測(cè)與判斷。
    根據(jù)Boost變換器一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)開關(guān)管S的工作狀態(tài)，可將變換器的工作模式分為2種，如圖2所示。

    在CRM工作模式下，從圖2可得到，S導(dǎo)通時(shí)

式中：uac、Udc是輸入和輸出電壓的瞬時(shí)值，假定在一個(gè)高頻開關(guān)周期內(nèi)保持不變；ton、和toff是開關(guān)管的導(dǎo)通和斷開時(shí)間。
    根據(jù)式(1)和式(2)就可得到一個(gè)用于CRMBoost PFC變換器的單周期控制方案，如圖3所示。

    由圖3可知，電感電流的參考值為

    由CRM PFC變換器的工作原理可知，電感電流的包絡(luò)是跟蹤iref的，因此，由式(1)和式(2)可以得到

    依據(jù)式(4)和(5)可得到每個(gè)控制周期開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，實(shí)現(xiàn)電感電流的臨界連續(xù)，同時(shí)，通過電壓環(huán)來改變iref實(shí)現(xiàn)輸出電壓的幅值控制。
    可以看出，在每個(gè)控制周期內(nèi)，ton和toff與前一個(gè)周期的狀態(tài)無關(guān)，只取決于該開關(guān)周期的iref、uac和Udc,也就是說，當(dāng)給定變化時(shí)，輸入電流和輸出電壓的瞬態(tài)響應(yīng)過程可在一個(gè)控制周期內(nèi)結(jié)束。

3 并聯(lián)交錯(cuò)數(shù)目N對(duì)輸入功率因數(shù)的影響
    為了研究變換器交錯(cuò)數(shù)目N對(duì)輸入功率因數(shù)的影響，對(duì)并聯(lián)交錯(cuò)變換器的輸入電流波形進(jìn)行了數(shù)學(xué)分析與研究。N個(gè)并聯(lián)交錯(cuò)的電感電流波形，如圖4所示。