前言：在固定頻率的電流連續(xù)模式的PFC控制中，通常只能在中高負(fù)載水平得到較好的ithd和PF值，但是在變換器在高壓輸入或者輕負(fù)載情況下，電感的電流將不能一直保持在電流連續(xù)狀態(tài)，更多的是運(yùn)行在DCM情況。因此會明顯的影響到在高壓或輕負(fù)載情況下的功率因數(shù)校正的控制效果，導(dǎo)致輸入諧波增大和其它電性能參數(shù)指標(biāo)的劣化。同時(shí)開關(guān)頻率也會帶來開關(guān)損耗，不能優(yōu)化全負(fù)載范圍的變換效率。下圖是典型的單相電網(wǎng)輸入基于BOOST變換器的PFC電路的原理圖。

??下圖分別是電感CCM和DCM工作的波形，其中黃色為電感電流，紫色為電感電流的平均值?？梢妶D一，在電流連續(xù)模式時(shí)，PFC的控制效果能發(fā)出好。但是在DCM情況時(shí)，在DCM和CCM區(qū)域因?yàn)閮煞N模式的電流平均值的計(jì)算方法不一致所以導(dǎo)致了電流波形不連續(xù)，因此很容易的看到DCM的工作模式時(shí)惡劣了PFC的控制效果。

??同時(shí)，在高壓輕負(fù)載時(shí)，以固定頻率模式工作，效率也不如能實(shí)現(xiàn)ZVS的CRM模式工作。但是CRM模式的電感峰值電流很大，基本上不適應(yīng)應(yīng)用在500W以上的PFC應(yīng)用。同時(shí)CRM的控制方法也與CCM的控制方法不能兼容，所以模式的技術(shù)手段很難做到CRM/CCM的控制方法組合起來。

本文主要的構(gòu)思是提出一種能應(yīng)用在大功率系統(tǒng)上，可以適應(yīng)DCM/CRM/CCM多模式自然過渡多模式工作的單相功率因數(shù)校正的控制方法。可以解決當(dāng)前解決方案中，在高壓輕負(fù)載工況下輸入電流諧波失真大，PF低，工作效率低的問題。同時(shí)在中高負(fù)載的情況下又能自然的過渡到CCM模式工作，能實(shí)現(xiàn)輸入電流低諧波失真，高PF值，電感電流低紋波電流的優(yōu)勢單相PFC的應(yīng)用。

下圖是應(yīng)用在單相電網(wǎng)的功率因數(shù)校正電路的功率級電路，使用了BOOST變換器，分別采樣了電網(wǎng)電壓，輸出電壓和電感電流：

控制部分為：

控制方法可以分別從開關(guān)周期的導(dǎo)通階段和關(guān)斷階段來進(jìn)行闡述，穩(wěn)壓環(huán)的輸出與電網(wǎng)電壓的采樣值相乘后得到電感電流的峰值包絡(luò)線作為電感電流的平均值的設(shè)定值，iLavg_Set。已知電感電流上存在開關(guān)周期的開關(guān)電流，但是經(jīng)過PFC變換器的輸入濾波器后，入網(wǎng)電流可以看作是電感電流的平均值，因此本控制方法使用外環(huán)恒壓環(huán)和電網(wǎng)電壓的瞬時(shí)值做乘法后得到電感電流平均值的設(shè)定，用于去控制電感電流。先從開關(guān)的OFF TIME來說明本文的控制策略，該控制方法在開關(guān)關(guān)閉階段是由PWM RAMP與所設(shè)定的固定OFF時(shí)間設(shè)置值去比較，當(dāng)PWM RAMP大于OFF TIME設(shè)定值后，結(jié)束開關(guān)的OFF TIME，進(jìn)入開啟開關(guān)，進(jìn)入ON TIME。其中PWM RAMP是由一個(gè)以固定斜率增大的積分器來實(shí)現(xiàn)，在模擬電路上可以由電流源對電容器充電，也可以在數(shù)字上是用固定時(shí)鐘頻率的累加器來實(shí)現(xiàn)。PWM OFF TIME的設(shè)置值，可根據(jù)開關(guān)頻率來設(shè)定，如OFF TIME越大，那么顯然開關(guān)頻率越低。

當(dāng)PWM進(jìn)入ON TIME后，關(guān)閉開關(guān)的時(shí)間點(diǎn)由根據(jù)不同工作模式所計(jì)算的電感電流的峰值電流點(diǎn)與電感電流的采樣值進(jìn)行比較得到。當(dāng)電流的采樣值，大于控制策略計(jì)算出的峰值電流設(shè)定值時(shí)，關(guān)閉當(dāng)前PWM ON,同時(shí)復(fù)位PWM RAMP，進(jìn)入PWM OFF TIME。

CH1 綠色 電網(wǎng)輸入電流， 紅色 電網(wǎng)電壓

CH2 綠色 電感電流

CH3 綠色 PWM RAMP， 紅色 固定OFF TIME設(shè)定值

CH4 PWM輸出

CH5 綠色 IPK_SET，紅色 電感電流

展開放大到開周期后可以更清楚的看到當(dāng)電感電流碰到電感環(huán)路計(jì)算出來的電感電流采樣值后隨即關(guān)閉驅(qū)動(dòng)信號，系統(tǒng)的工作轉(zhuǎn)移到OFF階段。

這里通過限制電感電流的峰值為環(huán)路計(jì)算值，并非直接是恒壓環(huán)乘以電網(wǎng)電壓來作為電感電流的峰值設(shè)定值，這是因?yàn)镈CM/CRM的情況下可以以這種方法進(jìn)行控制，但是CCM的電流峰值計(jì)算為平均值的方法與CRM存在較大的差異，因此不能直接用峰值電流模式來進(jìn)行控制的原因是無法統(tǒng)一增益?？梢娤聢D是DCM/CRM/CCM不同電流波形的平均值計(jì)算方法，因此可以根據(jù)外環(huán)計(jì)算得到的電感電流平均值來對不同的工作模式的電流峰值根據(jù)下圖中的公式來計(jì)算得到，可見：

知道電感電流的平均值設(shè)定后，只需要根據(jù)上式來反算得到IPK，然后再把三個(gè)不同的模式的IPK根據(jù)實(shí)時(shí)的電感電流的區(qū)域來進(jìn)行組合，最后得到整個(gè)AC周期的電感電流峰值設(shè)置值。

更具體是實(shí)現(xiàn)是：

DCM：使用電感電流大于零點(diǎn)的比較器得到ton+toff的時(shí)間在開關(guān)周期tsw內(nèi)的占比，再使用LPF來得到(ton+toff)/(ton+toff+td)的值。然后根據(jù)電感電流平均值設(shè)定計(jì)算得到IPK值，可見：

CRM：與DCM一致，只是td時(shí)間為0，可以繼續(xù)按DCM區(qū)域的方法計(jì)算得到IPK值

CCM：由于計(jì)算平均值需要知道電感電流的谷底值，因此使用PWM ON信號的上升沿去觸發(fā)采樣電感電流，從而得到電流的谷底值。然后根據(jù)外環(huán)計(jì)算得到的電感電流平均值就可以很容易的計(jì)算得到CCM區(qū)域的IPK設(shè)定點(diǎn)。

峰值設(shè)定點(diǎn)的組合：每個(gè)周期持續(xù)判斷電感的谷底電流采樣值，當(dāng)電感電流的谷底不為零時(shí)，則可以認(rèn)為是處于CCM工作模式，選擇到CCM的設(shè)定值。反之在DCM/CRM選擇到DCM/CRM區(qū)域的電流設(shè)定值，即可實(shí)現(xiàn)在不同工作模式下的峰值電流組合。