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交错CRM BOOST PFC仿真(一)

2023-12-26 15:59
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        交错CRM BOOST PFC可以应用于更大功率变换的场景,目前应用范围较广,但是由于其变频特性,利用仿真实现变频交错有一定难度。本人经过长时间研究在SIMPLIS及PSIM环境下搭建了其仿真模型,现将自己的方法分享出来。

交错TCM Totem-Pole Boost PFC



       要实现从零开始搭建交错CRM BOOST PFC,需要对电路模块进行逐一验证,即对仿真电路做加法,把每一个模块在最简单的电路中跑成功后再逐一加到整体电路中来。仿真过程即是一个调试过程,要不停的测波形找出BUG。

交错驱动及电感电流


        本仿真使用电压模式恒导通控制及辅助绕组做过零检测,仿真步骤是先对单相CRM BOOST仿真,使得过零检测(辅助绕组过零检测需要加入起振信号,否则电路不会工作,参考L6562)及ON TIME(参考UC3852)模块正常工作,然后再加入多相交错模式。


        CRM(TCM) 模式的PFC由于在工频周期内开关频率是变化的,所以不能像CCM模式一样直接加固定延时错相。以两相交错为例,我们可以直接抓取主相周期并在主相半周期时刻开通从相,此即为刚好错相180度。多相交错原理一样。

        交错TCM图腾柱PFC工作模式与交错CRM BOOST PFC,只是在该基础上增加部分控制即可实现。


首先我们实现ON TIME控制,参考UC3852:

        对其进行行为建模即得如下电路:


通过恒定电流给电容Ct充电实现Ton计时,当输出电压稳定时,其误差信号输出也是稳定值,恒定电流给电容充电产生电压斜坡的斜率决定了导通时间,当斜坡信号大于误差信号时关驱动并对电容放电,电感电流下降到0时触发ZCD控制开驱动。

当输出恒定时,导通时间恒定,即恒导通时间控制。

ON TIME模块波形图如下:

电感电流过零检测。由于RS触发器输入不能同时为1,所以使用Oneshot抓取上升沿300ns作为ZCD触发信号。

由于使用辅助绕组检测过零信号,所以需要加入起振信号:当无驱动时,电容被电流源充电,电容电压大于1V时发出高电平触发RS置位,驱动打开,此时给电容复位,该电路同样可以限制最大关断时间:

配合主路电后该PFC即可正常工作了。

为了更快的整定仿真环路,需要使用直流输入获得功率级波特图,然后使用TYPE-2A型补偿,环路公式使用MATHCAD推导如下:


输入264Vdc时获取功率级BODE图,从下图知20Hz处功率级增益为54.3,相位为-73。

将得到的公式及期望值代入F11窗口,即可用SIMPLIS自动求解出需要的补偿参数。

补偿后闭环波特图如下,与期望值完全相符:

通对比MATHCAD及SIMPLIS得到的数据及波特图,也可以证实仿真计算的一致性:


环路调好后,将输入改为交流后即可得到正常的馒头波了。

电感电流

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