3 PFC AC/DC 變換器控制電路設(shè)計(jì)

　　控制電路采用雙閉環(huán)結(jié)構(gòu)：外環(huán)為電壓環(huán)，內(nèi)環(huán)為電流環(huán)，電流環(huán)控制主電路輸入電流跟蹤參考電流，實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)校正。電壓環(huán)的輸出電壓與輸出參考電壓經(jīng)電壓誤差放大器比較后的輸出信號(hào)與前饋電壓和輸入電壓經(jīng)過(guò)乘法器運(yùn)算，得到電流環(huán)的輸入?yún)⒖茧娏�。通過(guò)電流環(huán)的調(diào)節(jié)，產(chǎn)生主電路開(kāi)關(guān)管通斷的驅(qū)動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功率電感因數(shù)校正且輸出穩(wěn)定的直流電壓。乘法器的作用主要為信號(hào)相乘，此處，本文重點(diǎn)研究電壓環(huán)和電流環(huán)的設(shè)計(jì)。

　　3.1 電壓環(huán)設(shè)計(jì)

　　電壓環(huán)的作用之一是將輸出電壓的變化反饋給電流環(huán)；作用之二是將二次諧波電壓衰減到指定水平，以降低輸入電流的畸變。另外，由于輸出電容的充、放電，輸出紋波電壓滯后輸入電壓，故電壓環(huán)的設(shè)計(jì)尚需兼顧考慮有足夠的相移，以保證輸出電壓紋波與輸入電壓同相位。綜上可知，需設(shè)置合理的補(bǔ)償電路，使得電壓環(huán)能夠滿足上述條件。

　　無(wú)補(bǔ)償時(shí)， 電壓環(huán)開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式為：

　　式中：Pin為輸入功率，△V 為電壓誤差放大器輸出電壓范圍。電壓開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的伯德圖如圖4 中H 曲線所示，二次諧波得不到衰減，導(dǎo)致輸入電流畸變變大，故需設(shè)置一個(gè)極點(diǎn)，使紋波電壓得到較好的衰減，同時(shí)將紋波電壓超前移相90°。

　　設(shè)計(jì)的補(bǔ)償電路傳遞函數(shù)為：

　　綜合考慮，配置極點(diǎn)頻率等于穿越頻率。此時(shí)，相位裕度為45°，系統(tǒng)穩(wěn)定性較好， 且二次諧波得到了較大的衰減。加入補(bǔ)償后的電壓環(huán)傳遞函數(shù)的伯德圖如圖4中N 曲線所示，二次諧波獲得了較大的衰減，且紋波電壓超前相移90°。

　　圖4 補(bǔ)償前、后的電壓環(huán)傳遞函數(shù)的伯德圖

　　3.2 電流環(huán)設(shè)計(jì)

　　電流環(huán)的作用是調(diào)節(jié)主電路輸入電流，使之跟蹤主電路輸入電壓，實(shí)現(xiàn)高PF 控制。電流環(huán)的設(shè)計(jì)思路是通過(guò)補(bǔ)償電路的合理設(shè)計(jì)，增加其響應(yīng)速度，同時(shí)確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

　　無(wú)補(bǔ)償電路時(shí)，電流環(huán)由PWM 比較器和功率級(jí)組成，開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)表達(dá)式為：

　　電流開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)的伯德圖如圖5 中H 曲線所示，電流環(huán)帶寬很窄，且高頻噪聲得不到很好的抑制。為此，通過(guò)低頻處設(shè)置零點(diǎn)，提高低頻增益，增加帶寬；同時(shí)，在高頻處設(shè)置極點(diǎn)，抑制開(kāi)關(guān)噪音。設(shè)計(jì)的補(bǔ)償電路開(kāi)環(huán)傳遞函數(shù)為：

　　為此，選取合適的截止頻率，設(shè)定零點(diǎn)頻率以及極點(diǎn)頻率，使系統(tǒng)的相位裕度在45°以上，同時(shí)兼顧使電流環(huán)滿足高增益和大帶寬設(shè)計(jì)需求。設(shè)定截止頻率為 6.65 kHz ，零點(diǎn)頻率為4.5 kHz ，極點(diǎn)頻率為46 kHz ，相位裕度為48°，加入補(bǔ)償電路后電流環(huán)傳遞函數(shù)的伯德圖如圖5 中N 曲線所示，加入補(bǔ)償后的電流環(huán)在低頻處，系統(tǒng)帶寬較大；在高頻處，開(kāi)關(guān)噪聲獲得了較好的衰減；此外，系統(tǒng)相位裕度超過(guò)45°，能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

　　圖5 補(bǔ)償前、后電流環(huán)傳遞函數(shù)的伯德圖