CN114825901B - 一种crm模式pfc电路工作频率的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种CRM模式PFC电路工作频率的控制方法，包括以下步骤：PFC电路工作时，检测ZCD信号；当ZCD信号在PFC电感的最短放电时间结束之后、PFC电感的最长放电时间结束之前到来，则开关管的PWM驱动与ZCD信号同步开通，PFC电路实现临界导通模式；当ZCD信号在PFC电感的最短放电时间结束之前到来，则等待下一个ZCD信号到来，再开通开关管的PWM驱动，给PFC电感充电，PFC电路的工作频率钳位在最高频率；当ZCD信号在PFC电感的最长放电时间结束时还没有到来，开关管的PWM驱动与PFC电感的最长放电时间结束时刻同步，重新给PFC电感充电，PFC电路的工作频率钳位在最低频率。本发明让PFC电路工作在临界导通模式下或频率钳位的临界导通模式下，有效地提高了PFC电路的稳定性。

Description

一种CRM模式PFC电路工作频率的控制方法
技术领域
本发明涉及CRM模式PFC电路，尤其涉及一种CRM模式PFC电路工作频率的控制方法。
背景技术
对于AC/DC电源来说，DC/DC级电路使用半桥谐振拓扑能在全负载范围内实现ZVS，而PFC级通常工作于CCM模式下，处于硬开关状态，无法满足全负载范围内高效率的要求。在CRM模式下的PFC电路，工作频率不像CCM或者DCM那样固定不变，其工作频率由输入电压、输出母线电压和输出负载决定，在一些比较特殊的工况下(如在空载时输入电压过零点附近，工作频率会很高；在重载时输入电压波峰，工作频率会很低)，会让PFC电路造成开关损耗过高或者让PFC电感产生噪音等性能不稳定的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种CRM模式下PFC电路工作频率的控制方法，以防止CRM模式PFC电路在特殊工况时，工作频率过高或过低造成PFC电路工作异常。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是，一种CRM模式PFC电路工作频率的控制方法，包括以下步骤：定义PFC电感的最短放电时间、PFC电感的最长放电时间；PFC电路工作时，检测PFC电感电流过零信号，即ZCD信号；当ZCD信号在PFC电感的最短放电时间结束之后、PFC电感的最长放电时间结束之前到来，则开关管的PWM驱动与ZCD信号同步开通，PFC电路实现临界导通模式；当ZCD信号在PFC电感的最短放电时间结束之前到来，开关管的PWM驱动不与ZCD信号同步，等待下一个ZCD信号到来，再开通开关管的PWM驱动，给PFC电感充电，PFC电路的工作频率钳位在最高频率；当ZCD信号在PFC电感的最长放电时间结束时还没有到来，开关管的PWM驱动与PFC电感的最长放电时间结束时刻同步，重新给PFC电感充电，PFC电路的工作频率钳位在最低频率。
以上所述的CRM模式PFC电路工作频率的控制方法，PFC电路包括第一开关管和第二开关管，PFC电路的控制电路包括PFC电感电流过零信号采样电路、DSP控制器、与门电路和或门电路；DSP控制器包括计数器和RS触发器；计数器包括第一计数比较器、第三计数比较器、第四计数比较器和复位端；第一计数比较器存储有PFC电感的最短放电时间的数值，第三计数比较器存储有PFC电感的最长放电时间的数值；DSP控制器通过环路实时计算每个开关周期的PFC电感的充电时间，并将每个开关周期的PFC电感的充电时间的数值加载到第四计数比较器；PFC电感电流过零信号采样电路的ZCD信号输出端接与门电路的第一输入端，第一计数比较器的信号输出端接与门电路的第二输入端和计数器的复位端，与门电路的输出端接或门电路的第一输入端；第三计数比较器的信号输出端接或门电路的第二输入端；或门电路的输出端接RS触发器的置位端，第四计数比较器的输出端接RS触发器的复位端；RS触发器的第一输出端接第一开关管的控制端，RS触发器的第二输出端接第二开关管的控制端。
以上所述的CRM模式PFC电路工作频率的控制方法，包括以下步骤：计数器每次复位后，到达PFC电感的最短充放电时间时，第一计数比较器输出高电平，PFC电感的最短充放电时间等于PFC电感的最短放电时间与PFC电感的充电时间之和；在第一计数比较器输出高电平前，与门电路接收到的ZCD信号无效；在第一计数比较器输出高电平后，与门电路接收到的ZCD信号时，通过或门电路触发RS触发器的置位端，RS触发器的第二输出端输出端高电平的驱动信号；计数器每次复位后，到达PFC电感的最长充放电时间时，如果与门电路还没有接收到ZCD信号，第三计数比较器输出高电平，通过或门电路触发RS触发器的置位端，RS触发器的第二输出端输出端高电平的驱动信号，PFC电感的最生充放电时间等于PFC电感的最长放电时间与PFC电感的充电时间之和；RS触发器置位后，到达一个开关周期PFC电感的充电时间时，第四计数比较器输出高电平，触发RS触发器的复位端，关闭RS触发器的第二输出端输出端输出的高电平驱动信号，RS触发器的第一输出端输出端高电平的驱动信号。
本发明使PFC电路工作在临界导通模式下或频率钳位的临界导通模式下，有效地提高了PFC电路的稳定性。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1是本发明实施例CRM模式PFC电路控制方法的架构示意图。
图2是CRM模式PFC电路电感电流过零信号和驱动信号的波形图。
图3是现有技术CRM模式PFC电路DSP控制器的架构示意图。
图4是本发明实施例CRM模式PFC电路DSP控制器的架构示意图。
图5是本发明实施例CRM模式PFC电路工作频率钳位的波形示意图。
具体实施方式
如图1所示，PFC电路包括第一开关管S1和第二开关管S2，PFC电路的控制电路包括PFC电感电流过零信号采样电路、DSP控制器、与门电路和或门电路。DSP控制器包括计数器和RS触发器。计数器包括第一计数比较器CMP1、第三计数比较器CMP3、第四计数比较器CMP4和复位端RST。第一计数比较器中存储有PFC电感的最短放电时间的数值，第三计数比较器中存储有PFC电感的最长放电时间的数值。DSP控制器通过环路实时计算每个开关周期的PFC电感的充电时间Ton，并将每个开关周期的PFC电感的充电时间的数值Ton加载到第四计数比较器CMP4。PFC电感电流过零信号采样电路的ZCD信号输出端接与门电路的第一输入端，第一计数比较器CMP1的信号输出端接与门电路的第二输入端和计数器的复位端RST，与门电路的输出端接或门电路的第一输入端。第三计数比较器CMP3的信号输出端接或门电路的第二输入端。或门电路的输出端接RS触发器的置位端Set，第四计数比较器CMP4的输出端接RS触发器的复位端Reset。RS触发器的第一输出端Q接第一开关管S1的控制端，RS触发器的第二输出端/Q接第二开关管S2的控制端。
PFC电感电流过零信号采样电路使用PFC电感的辅助绕组和比较器获得电感电流过零(ZCD)信号，并将ZCD信号变成一个脉冲信号(如图2所示)，送进DSP的数字输入引脚，经过高精度定时器的计数器和逻辑门的处理，当ZCD信号在计数器的输出触发事件Trigout0(Ton + Toff_Min)之前到来，则会被计数器的输出触发事件Trigout0屏蔽，PWM驱动不会与该ZCD信号同步，直到下一个ZCD信号到来，工作频率被钳位在最高频率。当ZCD信号在计数器的输出触发事件Trigout1 (Ton + Toff_Max)之前都没有到来，PWM驱动与计数器的输出触发事件1同步，重新给电感充电，工作频率被钳位在最低频率。当ZCD信号在计数器触发事件Trigout0和计数器触发事件Trigout1之间到来，则PWM驱动与ZCD信号同步开通，实现临界导通模式。这样可以让PFC电路工作在临界导通模式或者频率钳位的临界导通模式下，有效地提高CRM图腾柱PFC的稳定性。
CRM模式下的PFC电感电流过零检测的波形如图2所示，当PFC电感电流放电至零时，比较器输出一个脉冲信号，该信号的频率随着PFC电感电流的充放电周期变化而变化。
传统的DSP控制芯片控制PFC电路工作在CRM模式的实施方式如图3所示，进入DSP控制芯片的ZCD信号会触发PWM驱动的开通，同时复位计数器。DSP控制芯片通过输出母线电压PI环路实时计算出每个开关周期的电感充电时间Ton，该值会装载到计数比较器4，计数比较器4动作会得到计数器的输出触发事件Trigout2，用于PWM驱动的关断。该方法能让PFC电路在所有工况都工作在CRM模式下。
本发明实施例DSP控制芯片控制CRM PFC电路工作频率钳位的实施方式如图4所示，DSP控制芯片定义了PFC的最短放电时间Toff_Min和最长放电时间Toff_Max，分别装在计数比较器COMP1和计数比较器COMP3中。计数比较器COMP1复位后经过(Ton + Toff_Min)时段输出触发事件Trigout0。计数比较器COMP3复位后经过(Ton + Toff_Max)时段输出触发事件Trigout1。ZCD信号只有在计数器的输出触发事件Trigout0与输出触发事件Trigout1之间到来，才会直接复位计数器，并且触发PWM驱动的开通，进入下一个开关周期，实现PFC工作在临界导通模式下。如果ZCD信号在计数器的输出触发事件Trigout0之前到来，会被计数器的输出触发事件Trigout0屏蔽，实现最高频率钳位的效果。如果ZCD信号在计数器的输出触发事件Trigout1之后到来，计数器的输出触发事件Trigout1会强制复位计数器，触发PWM驱动开通，进入下一个开关周期，实现最低频率钳位的效果。
当输入电压处于正半周时，CRM图腾柱PFC电路的工作流程如图5所示：在输入电压低时，开关管S2会延迟开通，工作频率钳位在最高频率。在输入电压的45°左右，开关管S2的开通与ZCD信号同步，PFC工作在临界导通模式下。在输入电压的90°左右，开关管S2会提前开通，工作频率钳位在最低频率。
当输入电压处于负半周时，计数器的控制过程不发生改变，充电管和续流管对换，开关管S1的开通与ZCD信号同步。
本发明具有如下有益效果：
1）通过DSP控制芯片对ZCD信号的处理即可实现CRM PFC工作频率的钳位，电路工作的稳定性高。
2）反应迅速，每一个ZCD信号的到来或者缺失，可以迅速联动是否开启下一个PWM周期的驱动，可以极大地提高PFC电路的可靠性。
本发明以上实施例的名词解释如下：
CRM:临界导通模式
ZCD:电感电流过零检测
Ton:电感充电时间
Toff_Min:最短的电感放电时间
Toff_Max:最长的电感放电时间
CMP1:计数比较器1
CMP2:计数比较器2
CMP3:计数比较器3
CMP4:计数比较器4
RST:计数器复位事件
CLK:时钟
Trigout0:计数器输出触发事件0
Trigout1:计数器输出触发事件1
Trigout2:计数器输出触发事件2
AND:逻辑与
OR:逻辑或
DSP：数字信号处理器
S1:正半周的放电管/负半周的充电管
S2:正半周的充电管/负半周的放电管。

Claims (2)

1.一种CRM模式PFC电路工作频率的控制方法，其特征在于，PFC电路包括第一开关管和第二开关管，PFC电路的控制电路包括PFC电感电流过零信号采样电路、DSP控制器、与门电路和或门电路；DSP控制器包括计数器和RS触发器；计数器包括第一计数比较器、第三计数比较器、第四计数比较器和复位端；第一计数比较器存储有PFC电感的最短放电时间的数值，第三计数比较器存储有PFC电感的最长放电时间的数值；DSP控制器通过环路实时计算每个开关周期的PFC电感的充电时间，并将每个开关周期的PFC电感的充电时间的数值加载到第四计数比较器；PFC电感电流过零信号采样电路的ZCD信号输出端接与门电路的第一输入端，第一计数比较器的信号输出端接与门电路的第二输入端和计数器的复位端，与门电路的输出端接或门电路的第一输入端；第三计数比较器的信号输出端接或门电路的第二输入端；或门电路的输出端接RS触发器的置位端，第四计数比较器的输出端接RS触发器的复位端；RS触发器的第一输出端接第一开关管的控制端，RS触发器的第二输出端接第二开关管的控制端；控制方法包括以下步骤：定义PFC电感的最短放电时间、PFC电感的最长放电时间；PFC电路工作时，检测PFC电感电流过零信号，即ZCD信号；当ZCD信号在PFC电感的最短放电时间结束之后、PFC电感的最长放电时间结束之前到来，则开关管的PWM驱动与ZCD信号同步开通，PFC电路实现临界导通模式；当ZCD信号在PFC电感的最短放电时间结束之前到来，开关管的PWM驱动不与ZCD信号同步，等待下一个ZCD信号到来，再开通开关管的PWM驱动，给PFC电感充电，PFC电路的工作频率钳位在最高频率；当ZCD信号在PFC电感的最长放电时间结束时还没有到来，开关管的PWM驱动与PFC电感的最长放电时间结束时刻同步，重新给PFC电感充电，PFC电路的工作频率钳位在最低频率。
2.根据权利要求1所述的CRM模式PFC电路工作频率的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：计数器每次复位后，到达PFC电感的最短充放电时间时，第一计数比较器输出高电平，PFC电感的最短充放电时间等于PFC电感的最短放电时间与PFC电感的充电时间之和；在第一计数比较器输出高电平前，与门电路接收到的ZCD信号无效；在第一计数比较器输出高电平后，与门电路接收到的ZCD信号时，通过或门电路触发RS触发器的置位端，RS触发器的第二输出端输出高电平的驱动信号；计数器每次复位后，到达PFC电感的最长充放电时间时，如果与门电路还没有接收到ZCD信号，第三计数比较器输出高电平，通过或门电路触发RS触发器的置位端，RS触发器的第二输出端输出高电平的驱动信号，PFC电感的最长充放电时间等于PFC电感的最长放电时间与PFC电感的充电时间之和；RS触发器置位后，到达一个开关周期PFC电感的充电时间时，第四计数比较器输出高电平，触发RS触发器的复位端，关闭RS触发器的第二输出端输出的高电平驱动信号，RS触发器的第一输出端输出高电平的驱动信号。
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