前言：

  前不久我參考了ETH的論文：《Ultraflat Interleaved Triangular CurrentMode (TCM) Single-Phase PFC Rectifier ChristophMarxgut, Student Member, IEEE, Florian Krismer, Member, IEEE, Dominik Bortis,Student Member, IEEE, and Johann W. Kolar, Fellow, IEEE 2013》，制作了一期關于TCM PFC的實現(xiàn)視頻: 《單相TCM PFC的原理、控制、仿真以及實現(xiàn) Part1》后，受到很多朋友的關注，也有很多朋友在詢問最新的研究進展，下文便是我最近的一些研究和學習進展。主要是考慮到使用CT采樣電流來做TCM的負向電流判斷來做TOFF的標志，這種依靠檢測電感電流的ZCD來刷新開關周期的方法比較麻煩。我就一直在思考能否不依靠采樣電感電流的方向來實現(xiàn)TCM的TOFF時間控制的方法。

  對于CRM模式的BOOST型PFC來說，我們根據(jù)輸入電流的的瞬時值可以很容易計算出TON階段電感電流的峰值，繼而也可以很容易的計算出電感電流下降到零所需的時間。可見下圖所示，再根據(jù)Coss電荷量即可計算出實現(xiàn)ZVS所需要的TR和TS2時間，把TON+TOFF+TR+TS2的時間加起來就等于一個開關周期。

   依據(jù)這個方法，如果我們能在當前開關周期的上一個開關周期里計算出下一個開關周期的周期長度，我們就能直接寫入C2000的EPWM模塊的TBPRD寄存器。這樣，在當前這個周期中，EPWM模塊就可以直接載入已經(jīng)計算好的周期長度，從而實現(xiàn)CRM PFC的變頻率控制方法。然后要依靠電流內(nèi)環(huán)來計算得到duty大小，這樣我們就能在控制中計算得到占空比和開關頻率，而無需再對電感電流的方向采樣判斷ZCD后來實現(xiàn)控制。

  因此在上文中我提出的這種實現(xiàn)方法，只需在DSP中計算得到TON和TOFF以及為了實現(xiàn)TCM模式而計算的TR+TS2時間長度。其中TR+TS2的計算我在下篇文章再說，在這里我先給他們一個隨正弦周期變化的擬合量，雖不準確但是省時省力，下文將不過糾結這一個點。所以我們的注意力應該要放在如何得到TON和TOFF長度，TON其實比較容易得到，因為更新到EPWM模塊的CPM寄存器中就是TON的值。再根據(jù)TON和輸入AC電壓的瞬時值計算出電感電流的峰值，再利用TOFF時間電感電流下降到零，來計算TOFF。到這里，其實我們很容易的就得到了TON+TOFF的時間，如果是谷底開關模式，到這里就算完事了，TCM控制就TON+TOF+TR+TS2，這樣也得到了一個完整的開關周期長度。則有簡單的計算過程：

TON和TOFF的變化：

理想情況下CRM的開關頻率：

  當然要說的是，在實際工程中還需要考慮到Coss的問題，只是本文的理論計算和仿真就沒有考慮這么多。閉環(huán)控制的實現(xiàn)：采樣電壓電流雙閉環(huán)模式控制，電壓外環(huán)的輸出乘以輸入AC電壓后給到電流內(nèi)環(huán)的給定，然后采樣AC輸入電流來做控制。這里必須要說的是，在實際工程中因為輸入有EMI濾波器，所以即使電感電流是三角波也會被濾波的不錯，采樣電流后即可控制。在仿真模型中因為我前面沒有加入濾波器，所以采樣的電流是個三角波，需通過較大時間常數(shù)的濾波器抑制后才能得到低頻AC正弦電流波，而且把三角波濾平需要的時間常數(shù)較大，所以考慮閉環(huán)控制性能后，使用1e-4的時間常數(shù)的濾波器來對電感電流的三角波進行低通濾波器。

模型介紹：在這個模型中暫時沒有加入TCM的實現(xiàn)，也沒有考慮VAC RMS的前饋，僅是對不使用電感電流的ZCD來做CRM控制實現(xiàn)。

  上文說明了仿真中因為CRM的三角波電流比較難以濾波為平滑的AC電流波形，所以電流內(nèi)環(huán)上會有一些振蕩，我相信在實際上是可以解決這問題。占空比控制由電流內(nèi)環(huán)的PI輸出，開關頻率由TON+TOFF計算得到，并在AC過零點附近限制了開關頻率，可見下圖所示：

  由于在仿真環(huán)境中，不能直接讀寄存器得知TON時間，所以我用電流環(huán)的指令*2來做IPK點，然后用IPK根據(jù)電感量和輸入輸出電壓來計算TON和TOFF，其原理已經(jīng)在上面介紹。

PWM模塊的實現(xiàn)：可以說CRM 控制的關鍵就是變頻，而且可以調(diào)整duty的PWM模塊。我之前一直是被模擬控制限定了思路，一直沒有找到比較好的PWM發(fā)波實現(xiàn)方法。但是在上個星期的三相LLC的仿真模型建模過程中，我發(fā)現(xiàn)了使用外置復位的積分器的來產(chǎn)生斜坡的辦法，通過切割這個斜坡就可能得到duty，于是CRM的PFC的PWM模塊就搭好了。對外置復位的積分器的解釋可以參加這篇文章：《一種三相LLC的閉環(huán)仿真模型的實現(xiàn)方法》

運行：

電感電流過零：

回復關鍵字：CRM_TP_PFC1  獲得仿真模型

致謝：感謝Jizhe Wang博士，與我進行了大量了CRM , TCM控制的相關知識點討論，讓我受益匪淺，非常感謝。

小結：

  本文作為我研究TCM PFC的第二階段的輸出，提出了一種不采樣電感電流ZCD來實現(xiàn)CRM的方法，這里要感謝Jizhe Wang博士的論文的理論依據(jù)，我只是站在巨人肩上。

   依據(jù)這個方法，可以很容易的在DSP中實現(xiàn)CRM的控制，由于事先知道了開關周期長度TBPRD，所以可以很容易的實現(xiàn)兩相甚至是三相CRM的控制。對比使用電感電流ZCD來刷新開關周期不知道周期長度的方法，這種可以說是相當?shù)暮唵巍：罄m(xù)研究會繼續(xù)更新，謝謝觀看。

關于本人：

  我是楊帥，有多年電源硬件和軟件開發(fā)經(jīng)驗，熟悉各種電源仿真軟件的使用，包括模擬控制方向的Pspice和Simplis，以及數(shù)字控制使用Matlab和Plecs。熟悉PSFB，CLLC，DAB，PFC等功率架構的拓撲，控制算法，環(huán)路設計。目前是從事車載電源行業(yè)，專注在中等功率變換器領域，數(shù)年來一直從事電力電子仿真技術研究與應用推廣。