- 专为电源无桥接 PFC 设计选用数字控制器

如图 3-4 所示，由于变流器放置在开关的右上方，因此其只检测开关电流（只是电感电流的上升部分）。数字控制实施时，在时间 Ta 的 PWM 中间测量该开关电流信号。它是一个瞬时值，在图 3-4 中以 Isense 表示。仅当该电流为连续电流时，测得开关电流 Isense 才等于平均 PFC 电感电流（请参见图 3）。该电流变为如图 4 所示非连续电流时，Isense 不再等于平均 PFC 电感电流。为了计算电感平均电流，应该建立某个开关时间期间中间点检测电流 Isense 和平均电感电流之间的关系，并且这种关系应该同时适用于连续导通模式 (CCM) 和非连续导通模式 (DCM)。

就一个稳态运行的升压型转换器而言，升压电感的第二电压应在所有开关期间都保持平衡：

 方程式 (1)

其中，Ta 为电流上升时间（PWM 导通时间），Tb 为电流下降时间（PWM 关闭时间），VIN 为输入电压，而 VO 为输出电压，并假设所有电源器件均为理想状态。

由图 3-4，我们可以通过 Isense 计算出电感平均电流 Iave：

 方程式 (2)

其中，T 为开关时间。

将（1）和（2）组合，我们得到：

 方程式 (3)

通过方程式 3，平均电感电流 Iave 表示为瞬时开关电流 Isense。理想电流 Iave 和 Isense 为电流控制环路的电流基准。检测到现实瞬时开关电流后，将其与该基准对比，误差被发送至一个快速误差 ADC (EADC)，最终将数字化的误差信号发送至一个数字补偿器，以关闭电流控制环路。

总谐波失真 (THD) 和功率因数 (PF) 是两个判定 PFC 性能非常重要的标准。一个好的环路补偿器应该具有较好的 THD 和 PF。但是，PFC 的输入范围如此之宽，其可以从 80 Vac 扩展至高达 265 Vac。低线压状态下拥有较高性能的补偿器，在高线压状态下未必能够较好地工作。最佳方法是根据输入电压相应地调节环路补偿器。这对一个模拟控制器来说可能是一项不可能完成的任务，但对于如 UCD3020 等一些数字控制器来说，则可以轻松地实现。

这种芯片中的数字补偿器是一种数字滤波器，其由一个与一阶 IIR 滤波器级联的二阶无限脉冲响应 (IIR) 滤波器组成。控制参数即所谓的系数，均保存在一组寄存器中。该寄存器组被称作记忆槽。共有两条这种记忆槽，每条可存储不同的系数。只有一条记忆槽的系数有效，用于补偿计算，而另一条则处于未激活状态。固件始终都可以向未激活的记忆槽加载新的系数。在 PFC 运行期间，可在任何时候调换系数记忆槽，以便允许补偿器使用不同的控制参数，适应不同的运行状态。

有这种灵活性以后，我们可以存储两个不同的系数组（一个用于低线压，另一个用于高线压），并根据输入电压调换系数。环路带宽、相位余量和增益余量都可在低线压和高线压下得到优化。利用这种动态调节控制环路系数，并使用固件来对变流器可能出现的偏移量进行补偿，可以极大地改善 THD 和 PF。图 5-6 是一些基于 1100W 无桥接 PFC 的测试结果，低线压时 THD 为 2.23%，高线压时 THD 为 2.27%，而 PF 分别为 0.998 和 0.996。

图 5 低线压的 VIN和IIN 波形（VIN = 110V, 负载= 1100W, THD = 2.23%, PF = 0.998）

图 6 高线压的VIN和IIN波形（VIN = 220V, 负载= 1100W, THD = 2.27%, PF = 0.996）

每个 PFC 在输入端都有一定的电磁干扰 (EMI) 滤波器。EMI 滤波器的 X 电容器会引起 AC 输入电流引导 AC 电压，从而影响 PF。在轻负载和高线压状态下，这种情况变得更糟糕。PF 很难满足严格的规范。要想增加轻负载的 PF，我们需要相应地强制电流延迟。我们如何实现呢？