交錯(cuò)并聯(lián)技術(shù)是通過(guò)多個(gè)變換器并聯(lián)實(shí)現(xiàn)功率變換,減小了單個(gè)變換器的容量要求,提升了電源的功率等級(jí);同時(shí)由于并聯(lián)的各變換器是交錯(cuò)運(yùn)行,對(duì)電源的性能有所改善。
交錯(cuò)并聯(lián)PFC電路是指由兩個(gè)或兩個(gè)以的基本變換器單元并聯(lián)組成的PFC電路,每個(gè)變換器的開關(guān)管交錯(cuò)導(dǎo)通,即在開關(guān)周期內(nèi)的開通時(shí)刻依次滯后一定時(shí)間(180°),從而使每個(gè)變換器中流過(guò)的電流也呈現(xiàn)交錯(cuò)狀態(tài),這種方法的優(yōu)點(diǎn)是可以減小輸入電流紋波和輸出電容紋波電流的有效值,并提升電路的功率等級(jí)。目前常用的交錯(cuò)并聯(lián)PFC,采用兩個(gè)Boost電路組成,如下圖所示。與傳統(tǒng)的Boost PFC電路相同,交錯(cuò)并聯(lián)電路也可工作在電感電流連續(xù)、電感電流斷續(xù)以及電感電流臨界連續(xù)模式下。
交錯(cuò)并聯(lián)PFC及其波形
交錯(cuò)并聯(lián)PFC與傳統(tǒng)Boost PFC電路拓?fù)湎啾龋诲e(cuò)并聯(lián)PFC具有如下幾個(gè)方面的優(yōu)點(diǎn):(1)減小輸入電流高頻紋波幅值,有利于減小輸入EMI濾波器;減小PFC輸出電解電容電流有效值,減小了電容損耗可以提高效率,同時(shí)提高電解電容的壽命(在不考慮輸出保持時(shí)間時(shí),可以考慮減小電容個(gè)數(shù)以減低成本);
(2)可以減小PFC電感體積,理論上兩路PFC電感的體積僅為相同功率傳統(tǒng)PFC的四分之一,總體積減小一半;而且兩分立電感更有利于模塊熱設(shè)計(jì);
(3)通過(guò)控制策略,在輕載時(shí)只讓一個(gè)支路PFC工作,可以提高輕載效率。
但同時(shí)交錯(cuò)并聯(lián)PFC也存在如下問(wèn)題:
- 電流在交錯(cuò)并聯(lián)的PFC各支路中分布不均,因此需要采取一定的均流措施,這在一定程度上增加了控制系統(tǒng)的復(fù)雜度。
針對(duì)交錯(cuò)并聯(lián)PFC,在技術(shù)上主要要解決均流問(wèn)題。首先,我們先分析不均流產(chǎn)生的原因,然后再據(jù)此分析相應(yīng)解決方案。
交錯(cuò)并聯(lián)PFC不均流產(chǎn)生的因素有兩個(gè)方面:
(1) 控制上簡(jiǎn)單錯(cuò)相從而使得占空比失配造成不均流,這是不均流的主要原因;
(2) 器件參數(shù)差異導(dǎo)致不均流,如PFC電感感量、MOS導(dǎo)通電阻Rdson、線路阻抗等;由于PFC電感感量對(duì)均流的影響是線性的(電感量偏差10%,兩路PFC不均流度小于5%),因此可以通過(guò)控制PFC電感感量的偏差控制其對(duì)均流的影響;同時(shí),MOS導(dǎo)通電阻Rdson、線路阻抗等有自動(dòng)均流的特性,因此可以不予考慮。
PFC兩路并聯(lián),第一路正??刂疲姼蠰1),而第二路(電感L2)控制信號(hào)由第一路延遲180度(半個(gè)開關(guān)周期)獲得,同時(shí)電流采樣只取總電流(即輸入電流)進(jìn)行電流環(huán)控制。由于第二路控制延遲半個(gè)開關(guān)周期,因此第二路輸出時(shí)占空比沒變,但對(duì)應(yīng)的輸入電壓卻已經(jīng)是半個(gè)開關(guān)周期之后的電壓了,這樣會(huì)造成兩路PFC電感的電流不一致,即不均流。
解決不均流的主要方法:
(1)加入均流環(huán)
它在原有的雙環(huán)控制的基礎(chǔ)上添加了一個(gè)均流環(huán),該方案在輸入電壓較低的情況下,具有較好的均流控制控制效果,但是它存在如下的問(wèn)題:通過(guò)檢測(cè)開關(guān)管源極電流,所檢測(cè)值(占空比*平均電流)隨著輸入電壓的升高而減小,因此在高輸入電壓情況下,均流控制效果不理想(交錯(cuò)并聯(lián)PFC電路本身的不均流度隨著輸入電壓的增大而增大應(yīng)該也是影響均流效果的一個(gè)很重要原因)。
(2)提高DSP的采樣及計(jì)算頻率
交錯(cuò)并聯(lián)后,每一個(gè)支路的占空比需要單獨(dú)計(jì)算以避免占空失配,因此采樣計(jì)算頻率相對(duì)于傳統(tǒng)PFC需要乘n(對(duì)應(yīng)交錯(cuò)并聯(lián)路數(shù))倍增加;比如,原來(lái)的DSP的采樣和計(jì)算頻率是100kHz,兩路交錯(cuò)并聯(lián)后,DSP的采樣和計(jì)算頻率需要從100kHz改為200kHz,而兩路PFC的工作頻率仍然保持為100kHz,這樣兩路PFC相鄰Ts/2的占空比是實(shí)時(shí)計(jì)算的,并不相同;從而從原理上避免占空比失配引起的不均流問(wèn)題。但是,這中方案對(duì)中斷資源占用更多,需要評(píng)估中斷資源是否夠用。
(3)兩套控制方案
兩路PFC采用兩套控制電路分開對(duì)各自電流進(jìn)行控制,PWM輸出的載波錯(cuò)相180度,這樣既達(dá)到錯(cuò)相減小紋波的目的,又沒有占空比失配的問(wèn)題,可以消除控制方法帶來(lái)的不均流,這是這次需要配置的方案??刂品桨溉缦?,每一相的duty均是計(jì)算電流環(huán)實(shí)時(shí)控制產(chǎn)生的,這樣可以避免不均流。
PWM配置如下,PWM1H和PWM2H交錯(cuò)180°,分別去觸發(fā)ADC采樣然后進(jìn)入ISR執(zhí)行各自電流環(huán)的計(jì)算。
PWM MCC配置
在(1)的基礎(chǔ)上,配置PG1獨(dú)立工作模式,輸出模式是獨(dú)立模式。
工作頻率設(shè)置為100kHz,占空比30%,phase=0;
觸發(fā)設(shè)置,PG1自觸發(fā)工作,TriggerA比較事件作為PG2的時(shí)基觸發(fā),TriggerA比較值設(shè)置為周期值的一半,即可實(shí)現(xiàn)PG2滯后PG1 180°。
PG2的工作模式,輸出模式,工作頻率和占空比和PG1設(shè)置相同,不同的是PG2的SOC來(lái)自PG1,如下:
這樣PG1 PWM1H和PG2 PWM2H 配置完畢。測(cè)試波形如下: