连续模式PFC控制原理与实现_电源工程师技术培训网

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PFC控制技的目标

本次培训聚焦于连续模式PFC的控制技术，涵盖了PFC控制的目标、工作模式、基于乘法器的平均电流控制、单周控制原理以及使用UCC28180控制器的设计实例。PFC控制旨在实现功率因数为一、消除电流的总谐波失真，并稳定输出电压，同时需满足EN6100-3-2（IEC6100-3-2）和能源之星等国际标准的要求。

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Boost PFC的工作模式

Boost PFC主要具有连续模式、临界模式和断续模式三种工作方式。连续模式下，电感电流始终大于零，通过调整开关管的占空比来控制电感电流，但存在较高的开关损耗和较小的电流纹波，适用于大功率应用。临界模式中，电感电流每个周期过零，实现变频控制，开关管可在谷底开通，降低开关损耗，提高效率。断续模式作为临界模式的特殊情况，电感电流更小，存在电流为零的状态，适用于小功率或轻载场合，但峰值电流较大。

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基于乘法器的平均电流控制PFC

介绍了基于乘法器平均电流控制的PFC技术，核心在于利用乘法器连接电压环和电流环。乘法器接收输入电压瞬时值、平均值的平方以及电压环输出三个输入，通过与基电压基准比较后输出误差值，该误差值与电压损失值和平均值进行运算，从而得到电流环的基准输入。电流环根据乘法器输出和电流采样，经补偿后驱动PWM发生器，进而控制开关管产生所需的脉冲波形。

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基于乘法器的平均电流控制PFC

介绍了基于乘法器的平均电流控制PFC系统，强调其为双环控制系统，包含电流环和电压环。详细说明了电流环的组成，包括PWM调制、电流采样、和Boost电路模型，以及这些部分如何协作以实现对电感电流的精确控制。指出电流环的增益与PFC电感、电流采样和输出电压相关，并强调了在环路参数变化时需要对补偿网络进行检查和调整的重要性。

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设计平均电流控制PFC的电流环

讨论了使用一型补偿器对一阶被控系统进行补偿的方法。重点介绍了一型补偿器的参数，包括零点、增益和零极点，以及如何通过调整这些参数来满足电流环设计需求。特别强调了电流环穿越频率的设置应在2kHz到5kHz范围内，以确保对100Hz输入电压环的响应能力。此外，还提到了通过引入零点来提高100Hz处的低频增益，以实现更精确的电流环控制。

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电流环与电压环设计中的补偿器参数计算与分析

在电流环设计完成后，下一步是设计电压环（外环），其带宽低于电流环（内环）。电压环设计考虑了将电流环视作受控电流源，负载为输出电容和附加电阻，从而构建外环传输模型。乘法器在将电压环输出转化为电流环的交流参考和抵消输入电压变化的扰动方面起着关键作用。通过分析，展示了如何通过增加输入电压RMS值的平方在乘法器中消除输入电压对环路的扰动，从而稳定功率输出。

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电压环补偿器的设计原则与应用

1. 补偿器的零点通常设计在两赫兹左右，以提升直流增益，并确保在穿越频率点的相位裕度大于45度。 2. PFC的单周控制与基于乘法器的PFC控制不同，它不需要采样输入电压，简化了控制电路。这是因为输入电流正比于1-D 3. 单周控制利用电流与1-D的正比关系，实现输入电流与输入电压的正比，从而实现PFC控制。 4. 后沿调制式的单周控制PFC通过调制使电感电流在一个周期内与1-D成正比，使用斜坡补偿的电压与锯齿波斜坡电压进行比较。 5. 通过分析，得出输入电流始终正比于1-D的关系，即i(in) = Vm / R(s) * (1 - D)，这里Vm是电压环的调制电压。

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单周控制在PFC中的应用及调制方式比较

连续导通模式（CCM）PFC控制方式介绍，通过调节占空比来控制电感电流，适用于大功率应用场景单周控制PFC原理，使电感电流正比于1-D即占空比的补数），简化控制电路，无需输入电压采样。前沿调制和后沿调制的单周控制PFC，分别控制平均电流和峰值电流。前沿调制对采样不敏感，具有更优的ITGD性能。基于UCC28180的PFC控制器设计示例，采用前沿调制单周控制，支持18K到250K赫兹的开关频率，并具备过流和过压保护功能。设计步骤包括选择开关频率、确定电流采样电阻、设置输出电压反馈、以及进行电流环和电压环补偿设计，以确保满足PFC控制要求。

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基于UCC28180的PFC控制器设计介绍

介绍了基于UCC28180的功率因数校正(PFC)控制器的设计，UCC28180支持单周控制和前沿调制，采用平均电流模式控制，无需AC电压采样，适用于18K到250K的开关频率。设计考虑了空载或轻载时的损耗优化，加入了过流保护和过压保护功能。设计参数包括全范围输入电压(85V至264V)、输出电压(390V或400V)、功率(360W)和默认电感(327μH)。设计重点在于开关频率、电流采样电阻、输出电压反馈和环路补偿参数的配置，确保了电流保护和电压反馈的准确性。此外，还特别强调了高频电阻的选取，以适应高压应用。

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电流环和电压环设计方法

电流环设计首先确保带宽设置在约5KHz，并通过计算得到补偿电容大小，完成电流环设计并验证相位裕度大于45度。随后，根据乘法器设计原则，电压环设计要求其带宽远低于电流环，涉及输出电压反馈、PWM到输出电压的转换和误差补偿器三个部分。通过使用一型补偿器对被控对象进行补偿，确保低压环穿越频率在约10Hz，误差补偿器设计在1Hz和20Hz之间，最终完成电压环设计。

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连续模式PFC控制技术培训总结

本次培训重点介绍了连续模式PFC控制技术，强调其在大功率应用场景中的优势，如硬开关模式下较小的电流纹波。详细讲解了基于乘法器的双环控制方法，其中乘法器用于转换电压环输出和抵消输入电压瞬变对环路的扰动。此外，还介绍了电流环和电压环的设计要求，强调电流环带宽应高于100Hz，而电压环带宽远低于二倍工频波动。最后，概述了单周控制PFC的原理和两种控制模式（后沿调制和前沿调制），并以UCC28180为例介绍了前沿调制单周PFC控制的应用。