交錯(cuò)TCM圖騰柱無(wú)橋PFC仿真

TCM圖騰柱即臨界模式圖騰柱，也叫CRM圖騰柱或BCM圖騰柱。

與交錯(cuò)CRM BOOST PFC一樣，本仿真同樣使用電壓模式恒導(dǎo)通時(shí)間控制，其仿真可分為功率電路、COT與環(huán)路控制、過(guò)零檢測(cè)與起振信號(hào)、變頻交錯(cuò)控制。

因?yàn)闊o(wú)橋PFC有交流正負(fù)半周，所以需要增加額外電路針對(duì)負(fù)半周處理，這也是無(wú)橋PFC仿真的難點(diǎn)。

1.正負(fù)半周判斷

無(wú)橋PFC中，正半周與負(fù)半周的驅(qū)動(dòng)和ZCD邏輯是不一樣的，所以需要加入正負(fù)半周判斷，正半周POS為高，負(fù)半周NEG為高。也可用帶直流位置的差分電路。

2.正負(fù)半周的ZCD檢測(cè)

ZCD檢測(cè)可以用互感器采電流，也可以用L6562一樣使用升壓電感輔助繞組，但他們同樣需要增加負(fù)半周的邏輯處理。

參考論文《Research on Totem—Pole Bridgeless PFC Converter》采用兩繞組做正負(fù)半周的電感電流過(guò)零檢測(cè)。

電感與輔助繞組如下圖：

以ZCD1、ZCD2為例：正半周內(nèi)，電感儲(chǔ)能時(shí)，電壓左負(fù)右正，同名端ZCD1為高，即ZCD1>ZCD2，對(duì)應(yīng)PZCD為高，所以正半周時(shí)只要檢測(cè)PZCD的上升沿，開(kāi)Q4驅(qū)動(dòng)。

同理，負(fù)半周時(shí)只要檢測(cè)NZCD的下降沿即可。

所以還需要增加正負(fù)半周信號(hào)篩選，為避免觸發(fā)器RS=1，這里使用延時(shí)非門+與門截取方波上升沿。主相與從相相同。

波形如下：

3.正負(fù)半周的驅(qū)動(dòng)邏輯

正半周：電感儲(chǔ)能充電時(shí)，電流由L→L1→Q3→D2→N，續(xù)流時(shí)，電流由L→L1→Q1→Rload→D2→N，由此可知Q1、Q3驅(qū)動(dòng)互補(bǔ)，將Q作充電，QN作續(xù)流即可。

負(fù)半周邏輯剛好相反，Q為續(xù)流，QN充電。

所以圖騰柱需要加入驅(qū)動(dòng)交換電路，從之前建模UC3854的多路選擇器得到了靈感，用比較器輸出選擇開(kāi)關(guān)通斷，并在驅(qū)動(dòng)模塊中加入死區(qū)時(shí)間即實(shí)現(xiàn)了交換功能：

該電路使得單相圖騰柱能夠正負(fù)半周正常運(yùn)行，加上之前在CRM BOOST驗(yàn)證的各功能模塊，可以移植到交錯(cuò)圖騰柱仿真了，但實(shí)際上交錯(cuò)圖騰柱并不能正常運(yùn)行，電流波形與輸出長(zhǎng)這樣：

跑出這種波形很難下一步分析，于是先用同相驅(qū)動(dòng)跑穩(wěn)定再錯(cuò)相：

得到波形：

展開(kāi)波形可見(jiàn)電流進(jìn)入了CCM：

這是開(kāi)續(xù)流管驅(qū)動(dòng)導(dǎo)致，簡(jiǎn)單起見(jiàn)，直接將續(xù)流階段改為走M(jìn)OS體二極管，這樣就可實(shí)現(xiàn)交錯(cuò)TCM圖騰柱仿真了。

跑完以后最好測(cè)一下效率，可能工頻二極管的設(shè)置錯(cuò)誤導(dǎo)致反向恢復(fù)損耗巨大，因?yàn)殛P(guān)斷電流為負(fù)，需要將工頻二極管設(shè)為一階模型。

其他電路圖如下，原理已在前面幾期詳細(xì)介紹過(guò)了，這里不再贅述，具體內(nèi)容請(qǐng)移步文章開(kāi)頭的鏈接。

交錯(cuò)電感電流：

臨界模式圖騰柱仿真步驟總結(jié)：

1）單相CRM BOOST PFC驗(yàn)證COT與環(huán)路控制、過(guò)零檢測(cè)與起振信號(hào)；

2）單相CRM圖騰柱驗(yàn)證正負(fù)半周判斷、正負(fù)半周ZCD檢測(cè)、正負(fù)半周驅(qū)動(dòng)交換；

3）兩相交錯(cuò)CRM BOOST驗(yàn)證開(kāi)環(huán)交錯(cuò)與閉環(huán)交錯(cuò)功能；

4）各模塊功能驗(yàn)證后可移植到交錯(cuò)圖騰柱PFC。

該仿真從零開(kāi)始，各種查論文學(xué)原理，每一個(gè)模塊都是一次次仿真驗(yàn)證建立起來(lái)的，多個(gè)靈感加創(chuàng)新，從今年1月到4月共歷時(shí)3個(gè)多月才完成，中途各種卡殼過(guò)程非常艱辛，這也是搞過(guò)的最難的仿真。

變頻交錯(cuò)仿真確實(shí)難以實(shí)現(xiàn)，我做的時(shí)候也沒(méi)有任何公開(kāi)資料，也是機(jī)緣巧合搞數(shù)字環(huán)路仿真時(shí)從中找到了抓取保持的靈感才得以突破?，F(xiàn)在將方法分享出來(lái)，以后大家就不要再?gòu)牧汩_(kāi)始搞交錯(cuò)臨界圖騰柱了。

目前也已成功將其移植到PSIM中，后續(xù)分享。