张军明:临界导通工作下峰值电流模式控制的Buck PFC的优化设计

2021-05-24 照明小编 www.gdzrlj.com
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行业内一直有一种趋势,凡是做电源的人,都想把电源做得更小,效率做得更高,但这时散热是受限制的。由于BUCK功率因数校正器在较低输入电压下具有高效率,已经吸引了很多研究人员的兴趣。来自浙江大学的张军明副教授在驱动、电源与控制技术分会上对临界导通工作下峰值电流模式控制的Buck PFC的优化设计进行了介绍。

低的输出电压有利于下一级功率变换电路的设计。传统的临界导通型BUCK功率因数校正器具有较低的功率因数和较大的谐波电流。输出电压是调制功率因数和谐波电流的唯一参数。临界导通型BUCK功率因数校正器的最优化的峰值电流控制模式提出了除了输出电压以外的控制参数用于调整功率因数和谐波电流。相比传统的临界导通型BUCK功率因数校正器,该方案能够获得更高的效率和功率因数。此外,由于更低的峰值电流大小,其电感的尺寸可以缩小。

目前,为了满足谐波的标准,通常会采用两极,前一极是PFC,后一极是DCDC。后一极的DCDC经过这么多年的改善,效率不断地在提高,可以达到96-98%,有的可能更高。前一极PFC则通常在94-98%之间,变化较大是因为要适应前面输入电压的范围。

通常PFC的输出电压永远要比输入电压的最高值要高,缺点是因为输出电压较高,会导致后面需要采用较贵的功率器件,在选择上也有较大难度。为了克服这些缺陷,近年来对Buck PFC进行了研制,它的输出电压总是比峰值要低,可以设到较低的值,然而电流状况不佳,中间有一块死区,没有电流,PF值并不理想。但在电压较低时,低端效率和电感不会变小,体积可以做得更小,效率可以达到更高。一般通用的输入为90V~264V,低端的Buck通常会比Boost高1-2%的效率。

由于Buck和Boost是两种不同的电路,小功率时通常会用到CRM来进行控制。有两种常用的控制方法,一是COT,如果Buck采用这种控制方法,则可以在不同电压下看到不同的电流波形。电流在导通时的变化与输入和输出电压相关,通常在输入电压设定之后,输出电压是唯一个可以改变的参数设置。第二,像6562一样采用一个乘法器,如果在Buck里面采用这一方法进行控制,会发现控制后的输入电流是方的。对于Boost来说,两种控制方法是等价的,得到的结果相同。而同样的控制方法在Buck里面会得到完全不一样的结果。

不同的基准能够达到不同的结果,可以通过改变基准来实现优化。张教授强调他们所提出的方法在电路上非常简单,几乎没有什么成本。最终可以将所有的控制方法统一起来,也很容易得到参考电压。在做Boost的时候可以简单地做一个分压比来优化电路的性能,在设计上非常容易实现。