2电压回路补偿.doc

ICE1PCS01 使用ICE1PCS01設計符合經濟效益的CCM PFC 控制迴路 Luo Junyang, Huang Heng Cheong and Jeoh Meng Kiat Infineon Technologies Asia Pacific Pte. Ltd., No. 25 New Industrial Road, Singapore 536211 摘要 ICE1PCS01是為了使PFC使用最少外部元件，但卻能有高性能及具有成本效益的連續傳導模式(CCM)而特別設計的。這創新的8-Pin控制器的發展是以一種新的控制結構為基礎。相較於傳統的PFC解決方案，此一方式的IC不需由AC主電源獲得直接正弦波感應參考信號，運用平均電流控制使功率係數能致一。這篇報告為使用ICE1PCS01作為升壓拓撲(boost topology)內PFC的前置穩壓器提供了一個模型與工具，以評估及改良其控制迴路的特性。其目的不只是確保一個窄頻寬以便能有高功率係數，也可以有足夠的相位邊限，使系統在大範圍的操作狀況下能保持穩定。同時報告中也以設計舉例來加以說明。 . 簡介Introduction 電子裝備所使用的傳統二極體整流器由電力線得到脈衝式的電流，會使電壓變质，產生幅射的及傳導的電磁干擾，使電源的使用效能變差。由於主動功率係數修正(PFC)線路可與IEC 61000-3-2諧波穩壓器规则相容，因此在近幾年越來越受大家的重視。在低功率达到200W, 低成本,简单和容易的不連續傳導模式(DCM)的設計,比较普及化,因着它单一的轉換方塊中的控制迴路, 電壓迴路。但是固有的高电流涟波,使不連續傳導模式(DCM)的設計比较少使应用在高功率应用中。在高功率裝置中，連續傳導模式(CCM)的PFC更是受到睛睞。在傳統的CCM拓撲中，其轉換函数中包含了兩個控制迴路，分別為電壓迴路及電流迴路。因此，CCM的控制迴路變得相當的複雜，而CCM PFC控制器的Pin腳的數量變得非常多。新一代的CCM PFC控制器ICE1PCS01可以簡化並降低此種控制器的成本。它只有8個Pin腳，而且依其故障模式影響分析(FMEA)整合了許多的保護性能。最典型的新一代PFC控制器的裝置命名為ICE1PCS01，如 圖一。此一方式的IC不需獲得直接正弦波感應信號，由於它在控制運作上與傳統的CCM PFC有很大的不同，ICE1PCS01的控制迴路設計便成為電源供應器工程師所面對的一大課題。這篇報告以升壓拓撲CCM PFC為例，詳細的介紹了ICE1PCS01控制迴路的設計。 DCM operation CCM operation DCM 和 CCM PFC 原则 典型 的ICE1PCS01裝置電路 電壓迴路補償 使用ICE1PCS01 的CCM PFC的控制迴路電路方塊圖請參考圖二。圖中共有四個電路方塊，分別為誤差放大器 G1(s)、IC PWM調節器G2(s)、功率推進轉換器 G3(s) 及迴授感應器G4(s)， 電壓迴路電路方塊圖 回授感應器 G4(s) 回授感應器只是一個簡單的分壓器，用來監測主要電容的輸出電壓。 誤差放大補償器 G1(s) 誤差放大補償器線路請參考圖三。 誤差放大補償器線路圖 G1(s) 轉換函數為： 其中 gOTA1 是OTA1的轉移電導(trans-conductance)，通常為42uS。 而 、 ， 極值和零位(pole and zero)的作用在於當橫越頻率低於100Hz時，調節整個電壓迴路，並產生足夠的相位邊限，以增加迴路的穩定性。 PWM調節器G2 (s) 在CCM推進轉換器中，Doff_boost 與Vin 成正比，兩者之間關係如以下的公式： 用Doff_boost來表示的正弦波信號Vin 被送至G2(s)以獲得正弦波輸入電流。 功率轉換器 G3(s) 功率轉換器的轉換函數G3(s)定義如下： 其中Vout 為直流輸出電壓，Iout為直流輸出電流，IAVE 為平均感應電流。 Vout / Iout 根據以下的假設，我們可以用圖四來作為功率轉換器的模型：一個受控制的電流源(使用Re作為分流電阻) 同時驅動主要輸出電容Cout及負載電阻Rout (= Vout / Iout)。由Cout 相關的ESR所產生的零位遠低於橫越頻率，因此可以忽略不計。 功率轉換器模型 如果固定功率負載像是額外的隔離PWM DC/DC轉換器一樣的穩定，交流負載電阻就等於-Ro(如果直流電路減少，PFC的電流需求就會增加，因此前面有負號)。結果，兩個電阻相互抵消，電流源只需驅動輸出電容。 其轉換函數如下： Iout / IAVE 電流源Iout可以使用以下的特性來表示如圖6：在低頻部分升壓二極體電流為感應電流在一已知轉換週期的放電電流