如何利用前沿调制改善功率因数和电源性能.doc

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1、如何利用前沿调制改善功率因数和电源性能　　一般，我们需要使用一个双级功率系统的电源，来满足80+计划功率因数要求和EN61000-3-2谐波电流要求，其具体如下：　　1.一个功率因数校正（PFC）升压预稳压器（第1级），用于整形输入电流和提供高功率因数。　　2.由于PFC升压电压非常高，因此要求一个次级（第2级）将这种高升压电压调低至可用输出电平。　　这种方法存在的主要问题是，在功率转换器前端添加一个次级，降低了电源的效率。这让其很难达到80+电源计划的高效率要求。　　为了消除给离线功率转换器添加PFC前端级所产生的损耗，一些

2、设计人员使用了各种各样的PFC拓扑结构，例如：可降低开关损耗的PFC升压跟随器和/或能够减少传导损耗的交错式PFC.　　降低损耗的另一种方法是，设计一个使用前沿脉宽调制（PWM）的主级（第1级）和使用传统后沿调制的次级（第2级）。本文将为您介绍什么是前沿调制，以及它是如何通过减少升压电容器（IC）中的高频RMS电流来提高效率的。　　　　后沿与前沿脉宽调制　　后沿脉宽调制比较器通过对比锯齿电压波形（OSC）和误差电压（ERR）来控制功率转换器占空比（D）。一般，误差电压由一个反馈运算放大器控制。在后沿脉宽调制中，OSC引脚被馈送

3、给脉宽调制比较器的负输入，而误差电压则馈送至脉宽调制比较器的非反相输入。脉宽调制比较器的输出用于控制功率转换器（QA）的FET栅极。该栅极驱动导通信号与OSC信号波谷同步。在这种配置结构中，FET栅极驱动的后沿经过调制，以达到功率转换器占空比（D）。该后沿为FET关断时（请参见图1）。　　　　图1：使用功率因数校正的双级离线功率转换器。　　请注意，在脉宽调制控制器中，在每个脉宽调制周期之前添加一个人为停滞时间，其在每个脉宽调制周期开始以前关闭功率级开关。必须使用停滞时间来防止出现100%占空比，从而防止出现磁饱和。需要注意的是

4、，为了简便起见，图1并未显示停滞时间。　　前沿调制脉宽调制稍微不同于后沿调制。OSC信号馈送至非反相脉宽调制比较器输入，而误差电压则馈送给反相引脚。FET（QB）关闭与OSC峰值电压和前沿同步，当FET导通时对前沿进行调制以达到占空比（请参见图2）。　　　　图2：后沿与前沿PWM。　　　　前后沿调制一起使用的好处　　首先，我们来看使用后沿调制控制图1所示功率级Q1和Q2时PFC升压电容器电流（IC）。请注意，我们将PFC控制电压（ERR1）与振荡器斜率（OSC）进行比较，以控制PFCFET（Q1）的导通和关断时间。另外，DC/

5、DC转换器（第2级）控制电压（ERR2）与振荡器斜线比较，以控制FETQ2的导通和关断时间。　　在振荡器运行初期正常工作情况下，两个FET同时导通（t1，案例A）。在这段时间内，PFC升压电容器（CBOOST）必须对进入第2个功率级的所有电流（IT1）提供支持。在这种配置结构中，在FET开关期间，有一段时间FETQ1导通而Q2为关断，这时PFC升压电感（L1）通电，而功率级2的初级线圈不要求任何电流。这时，没有电流（IC）进入升压电容器。所有电感电流均流经晶体管Q1.　　同样，有一段时间两个FETQ1和Q2均为关断。这时，CB

6、OOST传导所有升压电感电流，其流经二极管D1（ID1）。请注意，图3为一张随意照下来的图片。正常工作情况下，第1级的占空比随线压而变化，以保持PFC升压电压。功率级2的占空比在正常工作时保持恒定不变，因为输入/输出电压为固定。　　其次，我们通过控制前沿调制控制的FETQ1和后沿调制的FETQ2，研究其对于升压电容器电流（IC）的影响（图3“案例B”）。在这种评估过程中，FETQ1和Q2的导通时间和占空比与“案例A”情况相同。　　在这种配置结构中，FETQ2在振荡器谷底导通，并根据PWM比较器电压水平关断。FETQ1根据前沿P

7、WM比较器导通，并在振荡器峰值时关断。相比使用前沿调制的两个功率级，利用前沿/后沿PWM调制组合法错开安排FET的首次导通，可以缩短FETQ1和Q2同时导通的时间（t1，“案例B”）。　　与“案例A”情况类似，有一段时间（t2）Q1导通而Q2关断，并且没有电流进出升压电容器（IC）。同样，有一段时间（t3，“案例B”）两个FET均关断，并且需要通过CBOOST吸收ID1.在“案例B”中，有一段时间FETQ2导通而Q1关断。这时，进入升压电容器的电流为ID1，其小于IT1（t4，“案例B”）。　　相比两个功率级都使用后沿调制控制

8、，这种使用前沿/后沿调制控制的方法，可以减少FETQA和QB同时导通的时间。它带来更低的升压电容器RMS电流（IC）。　　相比控制使用后沿调制的两个功率级，这种配置结构中使用的前沿/后沿调制，升压电容器（IC）RMS电流减少30%.　　升压电容器中RMS电流的减少，可以降低升