在去A化的背景下，朋友推薦給了一個(gè)國(guó)產(chǎn)的數(shù)字電源控制IC—華大半導(dǎo)體圖騰柱PFC控制器HSA8000-N。它是數(shù)字模擬混合IC，使用了開(kāi)源的RISC-V內(nèi)核，無(wú)需擔(dān)心美國(guó)制裁。片上有豐富的高性能模擬和數(shù)字外設(shè)，如ADC采樣，由事件驅(qū)動(dòng)的PWM，電網(wǎng)鎖相環(huán)，高速模擬比較器等等。所以可以大幅度降低整個(gè)方案的外部零部件數(shù)量和系統(tǒng)成本，可見(jiàn)圖一所示：

（圖一 HSA8000-N無(wú)橋圖騰柱PFC方案）

它易于使用，無(wú)需用戶編程。原廠已經(jīng)寫入了固件，用戶只需通過(guò)GUI對(duì)某些控制參數(shù)進(jìn)行修改，來(lái)滿足項(xiàng)目的性能要求。由于使用數(shù)字內(nèi)核，所以有較好的靈活性。它使用CCM和CRM兩種控制方式用來(lái)分別優(yōu)化重載和輕負(fù)載的效率，使得由這個(gè)芯片控制的PFC可以滿足80Plus鈦金的效率標(biāo)準(zhǔn)?？梢哉f(shuō)是高性能服務(wù)器電源，通信電源，大功率家電的前級(jí)PFC部分的非常優(yōu)秀的解決方案。特別是對(duì)于有需求做高效率無(wú)橋圖騰柱PFC，但是沒(méi)有DSP控制能力的朋友來(lái)說(shuō)可以算是一個(gè)福音了。畢竟HSA8000這個(gè)方案簡(jiǎn)單，成本低，還算是非常香的了。

而且不同于常規(guī)的CCM PFC使用平均電流模式控制，它使用了滯環(huán)電流控制方法。使用這種控制方法可以在一個(gè)正弦周期內(nèi)來(lái)實(shí)現(xiàn)CCM和CRM兩種工況的自然過(guò)渡，尤其是在CRM模式工作時(shí)。控制器設(shè)置滯環(huán)電流控制器的低端比較值為零，同時(shí)再檢測(cè)高頻開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)的電壓，進(jìn)行綜合邏輯判斷后能實(shí)現(xiàn)TCM模式，實(shí)現(xiàn)更高的效率。示意圖可見(jiàn)圖二所示。有關(guān)圖騰柱PFC的具體控制，將在后面的文章展開(kāi)，這里只是功能性的介紹。

（圖二 正弦周期內(nèi)的CRM和CCM工況）

 滯環(huán)控制也稱為bang-bang控制或紋波調(diào)節(jié)器控制，屬于PWM跟蹤技術(shù)，它具有實(shí)時(shí)控制、響應(yīng)速度快、魯棒性強(qiáng)等特點(diǎn)，分別是：

• 它響應(yīng)時(shí)間最快（無(wú)需計(jì)算精確的平均電流）
• ADC的精度要求低 （此架構(gòu)中電流內(nèi)環(huán)無(wú)需采樣轉(zhuǎn)換參與控制）
• 外接電感的精度要求低 （因?yàn)槭腔诩y波電流控制，電感偏移20%問(wèn)題也不大）
• 環(huán)路濾波算法簡(jiǎn)單 （無(wú)需計(jì)算精確的電感平均電流）
• EMI性能更好（滯環(huán)直接電流控制的自然變頻）
• PWM分辨率要求低 （無(wú)需計(jì)算精確的電感平均電流）
• 過(guò)流保護(hù)能力強(qiáng) （Cycle by cycle比較器limits）
• 更適用于AC/DC設(shè)計(jì)（片上有AC硬件鎖相環(huán)鎖定電網(wǎng)頻率和相位）

拓?fù)涞碾姼须娏骺梢允沁B續(xù)模式運(yùn)行，也可以是斷續(xù)模式運(yùn)行。不同于峰值電流模式，使用滯環(huán)控制時(shí)即使電感電流連續(xù)占空比大于50%也無(wú)需斜坡補(bǔ)償也能穩(wěn)定工作。圖三是滯環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)原理，當(dāng)電感電流的峰值高于控制設(shè)定值后關(guān)閉開(kāi)關(guān)管，同時(shí)電感電流下降，當(dāng)電感電流下降到低于控制設(shè)定值后再開(kāi)啟開(kāi)關(guān)管。

（圖三 滯環(huán)電流控制的實(shí)現(xiàn)原理）

其中（CTRL_H – CTRL_L）就是電感電流的紋波，如果通過(guò)電壓外環(huán)改變電感電流控制值的大小，就可以控制流入電感的電流幅度，實(shí)現(xiàn)電流內(nèi)環(huán)的控制。圖四展示了電感電流受滯環(huán)控制值的實(shí)時(shí)限制：

（圖四 滯環(huán)控制值實(shí)時(shí)限制了電感電流）

從控制的效果來(lái)看，由于滯環(huán)控制每個(gè)周期都控制了流入電感的電流，因此在控制模型的角度來(lái)看，也應(yīng)該同于其它電流模式的分析方法。也可以把電感看成可控電流源，從而簡(jiǎn)化系統(tǒng)的控制模型，降低為一階系統(tǒng)，更易于控制和穩(wěn)定。圖五是通過(guò)在滯環(huán)控制值上注入擾動(dòng)，測(cè)試的頻率響應(yīng)。從幅頻特性圖來(lái)看，滯環(huán)電流控制的功率級(jí)電流內(nèi)環(huán)呈一階模型，易于控制和穩(wěn)定，與峰值電流模式相似。

（圖五 滯環(huán)控制的頻率響應(yīng)分析）

但是它的控制方法可以歸為非線性控制范圍，沒(méi)有傳統(tǒng)PWM的載波和調(diào)制的概念。在定頻PWM工作時(shí)，電感電流的紋波只和電感量和負(fù)載電流有關(guān)系。但是滯環(huán)控制還會(huì)因?yàn)殡姼须娏骷y波的大小反應(yīng)到開(kāi)關(guān)頻率的變化范圍上。因此為了簡(jiǎn)化磁件設(shè)計(jì)，縮窄頻率變化范圍，建議還是使用較小的電感電流紋波值。為了實(shí)現(xiàn)滯環(huán)控制，還需要準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)電感電流的峰值和谷值，如果是使用ADC來(lái)做模數(shù)轉(zhuǎn)換就很難實(shí)現(xiàn)這種控制方法。因此滯環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)必須是基于高速模擬比較器才行，能準(zhǔn)確的判斷出電感電流的峰值和谷底點(diǎn)。華大半導(dǎo)體的HSA8000圖騰柱控制器就集成有高速模擬比較器，可見(jiàn)圖六所示。用來(lái)判斷電感電流的峰值和谷值點(diǎn)，產(chǎn)生兩個(gè)狀態(tài)標(biāo)志位，PWM控制器內(nèi)部有狀態(tài)機(jī)用來(lái)實(shí)現(xiàn)滯環(huán)控制方法。

（圖六 內(nèi)置有兩個(gè)模擬比較器）

在上文中我們已經(jīng)知道滯環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)方法，可以在仿真軟件中用SR觸發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)邏輯，可見(jiàn)圖七所示。當(dāng)電感電流大于峰值設(shè)置后，SR觸發(fā)器拉低Q輸出，當(dāng)電流低于谷底設(shè)置后SR觸發(fā)再拉高Q的輸出。如果是互補(bǔ)的PWM就可以使用Q非，其邏輯的實(shí)現(xiàn)不在累述。

（圖七 滯環(huán)控制的仿真實(shí)現(xiàn)）

實(shí)現(xiàn)的邏輯可見(jiàn)圖八：

（圖八 滯環(huán)控制的仿真波形）

因此可以搭建一個(gè)同步BUCK供測(cè)試和分析滯后電流控制模式的性能，其模型可見(jiàn)圖九：

（圖九 由滯環(huán)電流模式控制的BUCK變換器）

首先進(jìn)行動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試，測(cè)試負(fù)載從10% ~ 90%的變化，輸出電壓的過(guò)沖和下沖的值僅為0.8V，約為輸出電壓的6.6%。說(shuō)明滯環(huán)電流模式的調(diào)節(jié)速度和穩(wěn)定性都非常不錯(cuò)，可見(jiàn)圖十。

（圖十 滯環(huán)電流控制的動(dòng)態(tài)響應(yīng)測(cè)試）

小結(jié)：

簡(jiǎn)單的介紹了滯環(huán)電流控制和HSA8000控制器的基本概念，控制方法的仿真實(shí)現(xiàn)和動(dòng)態(tài)性能測(cè)試。經(jīng)過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)滯環(huán)電流控制的響應(yīng)速度和穩(wěn)定性都非常不錯(cuò)，是一種優(yōu)秀的控制方法。后面將會(huì)介紹由滯環(huán)電流控制的PFC實(shí)現(xiàn)，感謝觀看謝謝。