高效率软开关图腾柱PFC交错并联控制策略分析及优化

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开关电源具有效率高,重量轻,稳压范围宽等优点,在通讯电源领域获得了广泛的应用。传统通讯电源由前级PFC与后级DC/DC构成,其中前级PFC最重要的是能够满足高功率因数与高效率的需求,许多情况下还需保证高可靠与低成本。效率、可靠性与成本很大程度上取决于器件与拓扑的选择。本文研究的对象为基于Si器件的交错并联CRM图腾柱PFC。图腾柱PFC拓扑简单,导通损耗小,常用于高效AC/DC通讯电源场合。交错并联技术能够减小输入电流纹波,有效提升功率等级,提高轻载效率。而Si MOSFET工艺成熟,导通电阻小,有利于实现高效、高可靠与低成本。CRM模式下变化的开关频率给主从相交错控制带来了挑战。本文综述了CRM开环与闭环交错控制策略,分析了数字控制中交错控制策略的局限性,采用了闭环交错控制策略,以保证主从相电感电流的稳定交错,并且详细分析了CRM模式下,交错并联图腾柱PFC的数字控制策略。采用CRM闭环交错控制策略时,主从相能否实现软开关取决于电感电流ZCD策略是否可靠。而本方案中采用了同步整流管续流,必须通过采样电感电流实现ZCD。而电流采样可能受到扰动影响,导致ZCD超前或滞后,使得开关管存在硬开通风险。本文详细介绍了现有电感电流ZCD策略,分析了ZCD信号受到扰动影响时软开关控制的可靠性,并提出一种改进的双ZCD策略,保证了软开关的可靠性。最终研制了一台3k W峰值效率98.9%的基于Si器件的高效CRM图腾柱PFC样机,验证了闭环交错控制与双ZCD策略的可靠性。
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