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有源钳位反激(ACF)变换器控制方案(2)

CHANBAEK 来源:开关电源研究与设计 作者:许胜有 2023-06-23 09:41 次阅读

上期讲解的是TI的UCC28780中的ACF控制策略,这次是ONsem的NCP1568中的ACF控制策略。同样是一款ACF控制器,内部控制策略与UCC28780有很多相似之处,比如,峰值电流模控制,变频控制等。不同的是,该控制策略根据负载的不同,将系统的工作状态分为:主功率管和钳位管同时工作的ACF模式,只有主功率管工作的DCM模式,主功率管ON-OFF工作的Skip模式,具体的描如下。

1)ACF模式:当处于中载或重载时,工作在ACF模式。此模式下,采用峰值电流模控制主功率管的导通时间。在不同输入和负载工况下,根据预先设定的负电流值,确定开关频率的初值。在每个周期检测ZVS的实现状态,然后通过调节开关频率的大小回调负电流值,实现主功率的ZVS。在该模式下,开关频率随着负载的降低而增加。

wKgaomSNDwWAZvZyAACWBftvHFs602.jpg

图1 ZVS调节过程

在ACF模式中,开关频率的最小值通过外部的电阻调节,可参考图2。

wKgaomSNDwWATghqAAB7qrTXplI585.jpg

图2 开关频率随外部电阻的变化曲线

此外,为了确保每个周期有足够的时间能驱动高侧脉冲,设定钳位管的最小导通时间为400ns。芯片内部针对主功率管也设定了最大的工作占空比,此占空比随着频率的增加而减小。

poYBAGSNDy6AQrxiAABqDVM92gs376.png

图3 主功率管最大占空比随频率的变化曲线

在DCM转换到ACF过程中,采用前沿调制的控制方式,将储存在钳位电容的能量缓慢释放到输出侧,从而实现高侧管的软启动开启。在此过程中,桥臂中点电压和副边侧电流会在一个周期内出现多个振荡波峰,如图4所示。从ACF模式到DCM模式的转变同样采用类似的方式,如图5所示。

wKgZomSNDwWAYPVoAADZyrb1H7o965.jpg

图4 DCM到ACF模式切换中高侧管软开启过程

wKgZomSNDwWAEmELAACqyHsgXIQ905.jpg

图5 ACF到DCM模式切换中高侧管软关断过程

2)DCM模式:当负载降低时,变化器将从ACF转变为DCM模式。在DCM模式下,为了保证较高的效率,只有主功率管正常导通,钳位管处于关闭状态。DCM的工作频率由ACF模式的最大频率,FB反馈电压有关。在ACF模式和DCM转换该过程中,有频率折返的变化方式可供选择。DCM的工作频率也与所选择的方式有关,见下表。

wKgaomSNDwWAV1g4AAA79Ee4Xaw725.jpg

随着负载的降低,DCM模式的工作频率随着降低(和ACF模式不同)。为了避免可闻噪声的出现,DCM的最小工作频率设定在25kHz。此时,反馈电压信号Vfb为400mv。Skip模式和DCM模式之间的频率调节采用滞环控制逻辑。

3)Skip模式:当负载继续降低,开关频率低于25kHz,变换器将进入Skip模式(类似于ON-OFF模式)。为了避免噪音,Skip电路通过ON-OFF周期限制在800hz,从而防止Skip模式期间的突发频率进入可听范围。

wKgZomSNDwWAfv0VAACHYVZpWUg515.jpg

图6 Skip过程

根据上述的工作模式,该控制策略下的ACF的工作频率随负载的变化曲线如图7所示。

wKgZomSNDwWABpiCAACsn176i-I349.jpg

图7 频率变化曲线

和UCC28780中控制策略一直将变换器工作于ACF模式不同,此控制策略只有在负载较重时工作于ACF变换器状态。两者的几点比较如下:

(1) NCP1568使ACF工作与DCM反激模式,消除了钳位管的导通损耗;

(2)虽然都无法保证逐周期的ZVS,但UCC28780死区控制过程要比NCP1568更加详细,死区损耗要更小一些;

(3)两者的频率变化范围都比较宽,但NCP1568要比UCC28780更宽,不利于变压器的设计;

(4)两者都采用带有斜坡补偿的峰值电流模控制ACF模式下的工作,不同的是NCP1568中采用II型误差补偿器,而UCC28780中采用III型误差补偿器;

(5)NCP1568中DCM和ACF模式切换过程中,副边电流会出现双波情况及电流突变,桥臂中点电压会出现大幅度振荡,这对EMC的设计不太友好。

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