基于提高數(shù)字無橋PFC拓?fù)涞母咝阅茈娫丛O(shè)計性能分析

圖9 測量到的VIN被延遲500us

非線性控制

相比電流環(huán)路，電壓環(huán)路控制的復(fù)雜度較低。在數(shù)字實現(xiàn)時，輸出電壓VO通過一個ADC檢測，然后同一個電壓基準(zhǔn)比較。我們可以使用一個簡單的比例積分(PI)控制器，來閉合該環(huán)路。

其中，U為控制輸出，Kp和Ki分別為比例和積分增益。E[n]為DC輸出電壓誤差采樣值。

如前所述，使用數(shù)字控制的好處之一是它能夠?qū)崿F(xiàn)非線性控制。為提高瞬態(tài)響應(yīng)，可以使用非線性PI控制。圖10是非線性PI控制的一個例子。誤差越大時(通常出現(xiàn)在瞬態(tài))，所使用的Kp增益也越大。當(dāng)誤差超出設(shè)置限制時，這將加速環(huán)路響應(yīng)，并且，恢復(fù)時間也被縮短。對于積分器，則又是另外一種情況。眾所周知，積分器用于消除穩(wěn)態(tài)誤差。然而，它卻經(jīng)常引起飽和問題，并且其90°相位滯后也將影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性。正因如此，我們使用了一個非線性積分增益(圖10)。當(dāng)誤差超出一定程度時，積分增益Ki減小，以防止出現(xiàn)飽和、超調(diào)和不穩(wěn)定的問題。

圖10 非線性PI控制

數(shù)字電壓環(huán)路控制的另一個優(yōu)點被稱為抗積分器飽和，它一般出現(xiàn)在AC下降時。當(dāng)出現(xiàn)AC下降且下游負(fù)載繼續(xù)吸取電流時，DC輸出電壓開始下降，而PFC控制環(huán)路卻仍然嘗試調(diào)節(jié)其輸出。因此，積分器積分，并可能出現(xiàn)飽和，這種情況被稱為積分器飽和。一旦AC恢復(fù)，飽和的積分器便可能引起DC輸出電壓超調(diào)。為防止出現(xiàn)這種情況，則一旦探測到AC恢復(fù)，固件便馬上復(fù)位積分器，并且DC輸出達(dá)到其調(diào)節(jié)點。

數(shù)字控制器還可以做更多工作，例如：頻率抖動、系統(tǒng)監(jiān)控和通信等，并且還可以為無橋PFC提供靈活的控制、更高的集成度和更高的性能。在一些高端AC/DC設(shè)計中，越來越多的設(shè)計正在使用數(shù)字控制器。