NCP1654的控制策略學習

前言：

NCP1654是一顆久經市場考驗的PFC控制器，廣泛應用在500~2KW的CCM PFC應用，僅為8腳SOCI封裝，控制器外部可調參數極少，性能卻很優秀，非常值得我們學習它的核心控制策略。

PRINCIPLE OF NCP1654 SCHEME

上圖32展示了電感電流在CCM的波形，其中在t1階段電流上升，t2階段電流下降，可以推導出這種模式的電壓轉換比例：

輸入電容器Cfilter和前端EMI濾波器能把高頻開關電流IL變為低頻工頻電流IL-50，也就是AC輸入電流。IL-50以50/60HZ頻率工作，從公式1和公式2可以得到輸入阻抗Zin為：

當輸入阻抗Zin以恒定或以50/60HZ小幅度變化時就可以實現功率因數校正的功能。

PFC的調整方法和時序波形可見圖33所示，其中MOSFET導通時間為t1，它由參考電壓VREF和斜坡電壓Vramp相等時決定，eq4所示：

Vramp為內置的PWM斜坡電壓，它由Ich電流源對Cramp充電產生，并在Clock電容放電而復位到零。在系統控制原理上Ich這個電流源的大小與輸入電壓的幅度存在正比例關系。

Vm 是乘法器的輸出電壓，內部乘法器是電流源輸出，在外部電阻Vm產生電壓并由Cm做低通濾波處理。

Ich是內部充電電流源

Cramp是內部的電容器

Vref是電壓環內部產生的參考電壓，它送到PWM比較強的負向端，

乘法器的輸出在t1階段關系為VREF減去在t1決斷Ich為Cramp電容充電的電壓：

綜合eq3,eq6可以把輸入阻抗Zin寫為：

在eq7中Vref和Vout在穩態時都是恒定值，乘法器輸出電壓Vm被 設計為正比例與IL-50，以實現PFC目的。

可見圖34所示，Vm原始信號是電感電流IL上的開關紋波，因為開關紋波不夠準確會導致占空比異常，也就是峰值電流模式。為了解決這個問題，在乘法器外部增加一個高頻濾波電容，濾除高頻紋波得到Vm的平均值，則調制方法變為了平均電流模式，從而具有更好的性能。

乘法器電壓由下式決定：

Rm是乘法器外部連接的電阻，RM直接決定了最大的輸入功率

Vbo是AC輸入電壓的RMS值

Ics是電感電流IL的采樣值

Vcontrol是電壓環的輸出電壓

圖38是電壓環的OTA運放，Vout是PFC輸出電壓的采樣，電壓環的輸出Vcontrol決定了系統的功率輸出水平。

規格書中的其它東西就與控制方法關系不大了，這里梳理一下這種PFC控制方法的實現：它把固定ramp與VREF比較產生的固定占空比上增加了乘法器的輸出VM的影響，當VM被控制為正弦時，PWM上產生占空比也是在開環占空比疊加了VM的影響，這是這里起到了PFC的效果。乘法器中把電感電流和電壓環建立起關系，其中電壓環的輸出做法除數，當負載變化時電壓環輸出減小為了Vm的電壓恒定（因此VREF固定），輸入電流也會跟隨著減小。

這種控制方法的關鍵公式是eq7，這里推導出只要把Vm的波形與IL-50一致就可以保證輸入阻抗是恒定的，實現PFC的目的。另外在eq8，把電壓環輸出和電感電流采樣聯系起來。已知在系統穩態工作時，電壓環的輸出是固定值，因此eq8實際上就是等于電感電流采樣和電網電壓前饋的意義。那么eq7和eq8如何來控制到相等呢？我之前一直是沒想通，因為這里沒有傳統CCM PFC的電流內環的控制器，它這里如何實現IL-50與Vm相等的閉環？答案就是PWM比較器邏輯，Vramp與Vm疊加后，與VREF比較。在Vramp與Vref的開環占空比上疊加了電感電流的波形后，在正弦波波的兩邊占空比大，中間占空比小，整個AC周期內占空比以AC波形反方向變化占空比，以峰值比較的方式來實現高增益電流內環，其效果不比使用運放的平均電流模式內環效果差。

控制：

小結：以NCP1654規格書為參考了解了這種控制輸入阻抗恒定的實現PFC的方法，其內環以電感電流平均值比較的方式實現高增益內環，實現了極高的PFC效果。