前言：

前不久我參考了ETH的論文：《Ultraflat Interleaved Triangular CurrentMode (TCM) Single-Phase PFC Rectifier ChristophMarxgut, Student Member, IEEE, Florian Krismer, Member, IEEE, Dominik Bortis,Student Member, IEEE, and Johann W. Kolar, Fellow, IEEE 2013》，制作了一期關(guān)于TCM PFC的實(shí)現(xiàn)視頻: 《單相TCM PFC的原理、控制、仿真以及實(shí)現(xiàn) Part1》后，受到很多朋友的關(guān)注，也有很多朋友在詢問(wèn)最新的研究進(jìn)展，下文便是我最近的一些研究和學(xué)習(xí)進(jìn)展。主要是考慮到使用CT采樣電流來(lái)做TCM的負(fù)向電流判斷來(lái)做TOFF的標(biāo)志，這種依靠檢測(cè)電感電流的ZCD來(lái)刷新開(kāi)關(guān)周期的方法比較麻煩。我就一直在思考能否不依靠采樣電感電流的方向來(lái)實(shí)現(xiàn)TCM的TOFF時(shí)間控制的方法。

對(duì)于CRM模式的BOOST型PFC來(lái)說(shuō)，我們根據(jù)輸入電流的的瞬時(shí)值可以很容易計(jì)算出TON階段電感電流的峰值，繼而也可以很容易的計(jì)算出電感電流下降到零所需的時(shí)間?？梢?jiàn)下圖所示，再根據(jù)Coss電荷量即可計(jì)算出實(shí)現(xiàn)ZVS所需要的TR和TS2時(shí)間，把TON+TOFF+TR+TS2的時(shí)間加起來(lái)就等于一個(gè)開(kāi)關(guān)周期。

依據(jù)這個(gè)方法，如果我們能在當(dāng)前開(kāi)關(guān)周期的上一個(gè)開(kāi)關(guān)周期里計(jì)算出下一個(gè)開(kāi)關(guān)周期的周期長(zhǎng)度，我們就能直接寫(xiě)入C2000的EPWM模塊的TBPRD寄存器。這樣，在當(dāng)前這個(gè)周期中，EPWM模塊就可以直接載入已經(jīng)計(jì)算好的周期長(zhǎng)度，從而實(shí)現(xiàn)CRM PFC的變頻率控制方法。然后要依靠電流內(nèi)環(huán)來(lái)計(jì)算得到duty大小，這樣我們就能在控制中計(jì)算得到占空比和開(kāi)關(guān)頻率，而無(wú)需再對(duì)電感電流的方向采樣判斷ZCD后來(lái)實(shí)現(xiàn)控制。

因此在上文中我提出的這種實(shí)現(xiàn)方法，只需在DSP中計(jì)算得到TON和TOFF以及為了實(shí)現(xiàn)TCM模式而計(jì)算的TR+TS2時(shí)間長(zhǎng)度。其中TR+TS2的計(jì)算我在下篇文章再說(shuō)，在這里我先給他們一個(gè)隨正弦周期變化的擬合量，雖不準(zhǔn)確但是省時(shí)省力，下文將不過(guò)糾結(jié)這一個(gè)點(diǎn)。所以我們的注意力應(yīng)該要放在如何得到TON和TOFF長(zhǎng)度，TON其實(shí)比較容易得到，因?yàn)楦碌紼PWM模塊的CPM寄存器中就是TON的值。再根據(jù)TON和輸入AC電壓的瞬時(shí)值計(jì)算出電感電流的峰值，再利用TOFF時(shí)間電感電流下降到零，來(lái)計(jì)算TOFF。到這里，其實(shí)我們很容易的就得到了TON+TOFF的時(shí)間，如果是谷底開(kāi)關(guān)模式，到這里就算完事了，TCM控制就TON+TOF+TR+TS2，這樣也得到了一個(gè)完整的開(kāi)關(guān)周期長(zhǎng)度。則有簡(jiǎn)單的計(jì)算過(guò)程：

TON和TOFF的變化：

理想情況下CRM的開(kāi)關(guān)頻率：

當(dāng)然要說(shuō)的是，在實(shí)際工程中還需要考慮到Coss的問(wèn)題，只是本文的理論計(jì)算和仿真就沒(méi)有考慮這么多。閉環(huán)控制的實(shí)現(xiàn)：采樣電壓電流雙閉環(huán)模式控制，電壓外環(huán)的輸出乘以輸入AC電壓后給到電流內(nèi)環(huán)的給定，然后采樣AC輸入電流來(lái)做控制。這里必須要說(shuō)的是，在實(shí)際工程中因?yàn)檩斎胗蠩MI濾波器，所以即使電感電流是三角波也會(huì)被濾波的不錯(cuò)，采樣電流后即可控制。在仿真模型中因?yàn)槲仪懊鏇](méi)有加入濾波器，所以采樣的電流是個(gè)三角波，需通過(guò)較大時(shí)間常數(shù)的濾波器抑制后才能得到低頻AC正弦電流波，而且把三角波濾平需要的時(shí)間常數(shù)較大，所以考慮閉環(huán)控制性能后，使用1e-4的時(shí)間常數(shù)的濾波器來(lái)對(duì)電感電流的三角波進(jìn)行低通濾波器。

模型介紹：在這個(gè)模型中暫時(shí)沒(méi)有加入TCM的實(shí)現(xiàn)，也沒(méi)有考慮VAC RMS的前饋，僅是對(duì)不使用電感電流的ZCD來(lái)做CRM控制實(shí)現(xiàn)。

上文說(shuō)明了仿真中因?yàn)镃RM的三角波電流比較難以濾波為平滑的AC電流波形，所以電流內(nèi)環(huán)上會(huì)有一些振蕩，我相信在實(shí)際上是可以解決這問(wèn)題。占空比控制由電流內(nèi)環(huán)的PI輸出，開(kāi)關(guān)頻率由TON+TOFF計(jì)算得到，并在AC過(guò)零點(diǎn)附近限制了開(kāi)關(guān)頻率，可見(jiàn)下圖所示：

由于在仿真環(huán)境中，不能直接讀寄存器得知TON時(shí)間，所以我用電流環(huán)的指令*2來(lái)做IPK點(diǎn)，然后用IPK根據(jù)電感量和輸入輸出電壓來(lái)計(jì)算TON和TOFF，其原理已經(jīng)在上面介紹。

PWM模塊的實(shí)現(xiàn)：可以說(shuō)CRM 控制的關(guān)鍵就是變頻，而且可以調(diào)整duty的PWM模塊。我之前一直是被模擬控制限定了思路，一直沒(méi)有找到比較好的PWM發(fā)波實(shí)現(xiàn)方法。但是在上個(gè)星期的三相LLC的仿真模型建模過(guò)程中，我發(fā)現(xiàn)了使用外置復(fù)位的積分器的來(lái)產(chǎn)生斜坡的辦法，通過(guò)切割這個(gè)斜坡就可能得到duty，于是CRM的PFC的PWM模塊就搭好了。對(duì)外置復(fù)位的積分器的解釋可以參加這篇文章：《一種三相LLC的閉環(huán)仿真模型的實(shí)現(xiàn)方法》

運(yùn)行：

電感電流過(guò)零：

回復(fù)關(guān)鍵字：CRM_TP_PFC1  獲得仿真模型

致謝：感謝Jizhe Wang博士，與我進(jìn)行了大量了CRM , TCM控制的相關(guān)知識(shí)點(diǎn)討論，讓我受益匪淺，非常感謝。

小結(jié)：

本文作為我研究TCM PFC的第二階段的輸出，提出了一種不采樣電感電流ZCD來(lái)實(shí)現(xiàn)CRM的方法，這里要感謝Jizhe Wang博士的論文的理論依據(jù)，我只是站在巨人肩上。

依據(jù)這個(gè)方法，可以很容易的在DSP中實(shí)現(xiàn)CRM的控制，由于事先知道了開(kāi)關(guān)周期長(zhǎng)度TBPRD，所以可以很容易的實(shí)現(xiàn)兩相甚至是三相CRM的控制。對(duì)比使用電感電流ZCD來(lái)刷新開(kāi)關(guān)周期不知道周期長(zhǎng)度的方法，這種可以說(shuō)是相當(dāng)?shù)暮?jiǎn)單。后續(xù)研究會(huì)繼續(xù)更新，謝謝觀看。

關(guān)于本人：

我是楊帥，有多年電源硬件和軟件開(kāi)發(fā)經(jīng)驗(yàn)，熟悉各種電源仿真軟件的使用，包括模擬控制方向的Pspice和Simplis，以及數(shù)字控制使用Matlab和Plecs。熟悉PSFB，CLLC，DAB，PFC等功率架構(gòu)的拓?fù)?，控制算法，環(huán)路設(shè)計(jì)。目前是從事車載電源行業(yè)，專注在中等功率變換器領(lǐng)域，數(shù)年來(lái)一直從事電力電子仿真技術(shù)研究與應(yīng)用推廣。

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