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凡亿专栏 | 交错CRM BOOST PFC仿真(二)——变频错相实现方法
交错CRM BOOST PFC仿真(二)——变频错相实现方法

    上一期通过单相CRM BOOST PFC仿真已经把主功率电路、环路控制ON TIME、过零检测、起振信号验证完成,接下来就是加入交错电路,实现两相变频交错。

    第一步是先把单相临界模式PFC直接改为两相并联,共用驱动,保证功率电路能正常工作,并将环路参数调好,调试方法请参考交错CRM BOOST PFC仿真(一)。

   

    功率级和环路调好后就只剩下把两相驱动交错了。

参考论文《A Novel Closed Loop Interleaving Strategy of Multiphase Critical Mode Boost PFC Converters》给出的两种错相方案:

一种是抓取主相周期值除以2并与从相的周期值相减,得到误差信号来调节从相斜坡的斜率即增加或减小从相的导通时间(也可以同时调节主相与从相)。如下图:

通过波形更容易理解上图的含义。如下图,主相开通时开始计时,下次开通时复位并重新开始计时,若从相滞后180度,则从相开通的时刻刚好是主相周期值的一半。利用该关系,我们可以使用上图论文的方法,将主相半周期值与从相开通时刻抓取的周期值作差,通过OTA补偿后得到电流叠加到从相斜坡调整开通时刻,即可调整相位。


    第二种是用RS触发器。两相驱动分别作为RS触发器输入,两驱动错相180度时,触发器输出Q为占空比50%的方波,深度滤波后即可得到一个半电压(若Q的高电平为5V,滤平后为2.5V),该滤波值与基准电压2.5V作为误差输入,误差输出值补偿从相的斜坡即可调整从相开通时刻从而调整错相,如下图。


    弄清原理就可以开始搭电路了。

使用第一种方法需要抓取周期值并保持,我第一时间想到了数字环路中用到的ZOH,灵感来得就是这么突然,真是脑洞大开,绝对原创。


先验证电路可行性:给定两个交错180度的三角波,并用各自的触发信号来触发抓取信号,原理图如下:

备注:因为电容充放电是需要时间的,所以会给周期计时带来一定误差,为了尽量减小误差,需要保证放电开关的放电电阻尽量小,放电时间尽量短,保证每个周期结束时电容电压能复位到0,还要保证先抓取完后再放电,即放电信号相对抓取信号需要给延时。验证波形如下:

周期计时也可以用自带的计数器。

以上仿真证明了ZOH 电容计时可实现周期值及半周期值的抓取与保持,可将该方法用于交错逻辑。交错电路如下:

      若主从错相<180度,即从相提前开通,则错相误差信号>0,负反馈运放输出<0,vccs输出负电流减小从相斜坡斜率,即增大从相ton,则下个周期从相开通滞后。<>

      电路还需要加入交流过零处的特殊处理,如过零处提前关闭从相、交错信号在过零处消隐等。另外还可在电路上加入最大最小导通时间限制,总之要实现全部仿真还是要花费大量的时间去验证分析。


闭环锁相所需的仿真时间相对较长,分析波形可以得到一种更简单的错相方法:直接在周期值的一半时开通从相即是错相180度。这种开环错相不需要通过锁相环调节, 仿真速度更快。抓取主相上一周期的周期值除以2作基准,然后引入另一电容计时,当主相开通一半时比较器翻转触发从相开通,抓取后立即将电容放电,即可实现开环错相(多相交错同样简单适用)。如下图:

注意以上方法不同的计时电容均使用了同样的斜坡斜率。


  论文另一种方法使用RS触发器,相对容易实现,给定两个交错180度的三角波验证同样可以直观的看出效果,如下图:


 注:由于PFC的带宽低,跑POP时不容易收敛,需要调整POP仿真参数,否则POP会报错。如下图,默认分别为1p和5,可适当加大直到收敛。


以上就是两相变频交错的实现方法,后面将介绍交错CRM BOOST PFC的总体仿真、从有桥PFC如何转换为无桥TCM交错图腾柱PFC、以及这些仿真在PSIM中的实现方法。

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